C语言编译过程详解

前言

C语言程序从源代码到二进制行程序都经历了那些过程？本文以Linux下C语言的编译过程为例，讲解C语言程序的编译过程。编写hello world C程序：

// hello.c#include <stdio.h>int main（）{printf（"hello world！
"）;}

编译过程只需：$ gcc hello.c # 编译$ ./a.out # 执行hello world！这个过程如此熟悉，以至于大家觉得编译事件很简单的事。事实真的如此吗？我们来细看一下C语言的编译过程到底是怎样的。上述gcc命令其实依次执行了四步操作：1.预处理（Preprocessing）, 2.编译（Compilation）, 3.汇编（Assemble）, 4.链接（Linking）。

示例

为了下面步骤讲解的方便，我们需要一个稍微复杂一点的例子。假设我们自己定义了一个头文件mymath.h，实现一些自己的数学函数，并把具体实现放在mymath.c当中。然后写一个test.c程序使用这些函数。程序目录结构如下：├── test.c└── inc├── mymath.h└── mymath.c程序代码如下：

// test.c#include <stdio.h>#include "mymath.h"// 自定义头文件int main（）{int a = 2;int b = 3;int sum = add（a, b）; printf（"a=%d, b=%d, a+b=%d
", a, b, sum）;}

头文件定义：// mymath.h#ifndef MYMATH_H#define MYMATH_Hint add（int a, int b）;int sum（int a, int b）;#endif头文件实现：// mymath.cint add（int a, int b）{return a+b;}int sub（int a, int b）{return a-b;}

1.预处理（Preprocessing）

预处理用于将所有的#include头文件以及宏定义替换成其真正的内容，预处理之后得到的仍然是文本文件，但文件体积会大很多。gcc的预处理是预处理器cpp来完成的，你可以通过如下命令对test.c进行预处理：gcc -E -I./inc test.c -o test.i或者直接调用cpp命令$ cpp test.c -I./inc -o test.i上述命令中-E是让编译器在预处理之后就退出，不进行后续编译过程；-I指定头文件目录，这里指定的是我们自定义的头文件目录；-o指定输出文件名。经过预处理之后代码体积会大很多：

X	文件名	文件大小	代码行数
预处理前	test.c	146B	9
预处理后	test.i	17691B	857

预处理之后的程序还是文本，可以用文本编辑器打开。

2.编译（Compilation）

这里的编译不是指程序从源文件到二进制程序的全部过程，而是指将经过预处理之后的程序转换成特定汇编代码（assembly code）的过程。编译的指定如下：$ gcc -S -I./inc test.c -o test.s上述命令中-S让编译器在编译之后停止，不进行后续过程。编译过程完成后，将生成程序的汇编代码test.s，这也是文本文件，内容如下：

// test.c汇编之后的结果test.s.file "test.c".section.rodata.LC0:.string "a=%d, b=%d, a+b=%d
".text.globlmain.type main, @functionmain:.LFB0:.cfi_startprocpushl %ebp.cfi_def_cfa_offset 8.cfi_offset 5, -8movl%esp, %ebp.cfi_def_cfa_register 5andl$-16, %espsubl$32, %espmovl$2, 20（%esp）movl$3, 24（%esp）movl24（%esp）, %eaxmovl%eax, 4（%esp）movl20（%esp）, %eaxmovl%eax, （%esp）calladd movl%eax, 28（%esp）movl28（%esp）, %eaxmovl%eax, 12（%esp）movl24（%esp）, %eaxmovl%eax, 8（%esp）movl20（%esp）, %eaxmovl%eax, 4（%esp）movl$.LC0, （%esp）callprintfleave.cfi_restore 5.cfi_def_cfa 4, 4ret .cfi_endproc.LFE0:.size main, .-main.ident"GCC: （Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1） 4.8.2".section.note.GNU-stack,"",@progbits

请不要问我上述代码是什么意思！-_-

3.汇编（Assemble）

汇编过程将上一步的汇编代码转换成机器码（machine code），这一步产生的文件叫做目标文件，是二进制格式。gcc汇编过程通过as命令完成：$ as test.s -o test.o等价于：gcc -c test.s -o test.o这一步会为每一个源文件产生一个目标文件。因此mymath.c也需要产生一个mymath.o文件

4.链接（Linking）

链接过程将多个目标文以及所需的库文件（.so等）链接成最终的可执行文件（executable file）。命令大致如下：$ ld -o test.out test.o inc/mymath.o ...libraries...

结语

经过以上分析，我们发现编译过程并不像想象的那么简单，而是要经过预处理、编译、汇编、链接。尽管我们平时使用gcc命令的时候没有关心中间结果，但每次程序的编译都少不了这几个步骤。也不用为上述繁琐过程而烦恼，因为你仍然可以：$ gcc hello.c # 编译$ ./a.out # 执行本文永久更新链接地址：http://www.linuxidc.com/Linux/2016-10/136335.htm