gcc编译阶段

电话面试被问到一个很基础很底层的问题，可是一时间不知道如何回答，总结网上的相关内容并加以验证，如果针对文章内容有任何疑问，欢迎留言讨论。
gcc编译流程分为4个步骤，分别为：
预处理（Pre-Processing）
编译（compiling）
汇编（Assembling）
链接（Linking）

示例代码main.c

#include <stdio.h>  
int main() 
{  
    printf("hello world!\n");  
    return 0;  
}

（1）预处理阶段
在该阶段，编译器将上述代码中的stdio.h编译进来，并且用户可以使用gcc的选项“-E”进行查看，该选项的作用是把源代码进行预处理。
预处理器根据以字符#开头的命令（directives），修改原始的C程序。如helloworld.c中的#include 指令告诉预处理器读系统头文件stdio.h的内容，并把它直接插入到程序文本中去。结果得到一个C程序，通常是以.i作为文件扩展名的。
注意：gcc指令的一般格式为：gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]。其中，目标文件可缺省，gcc默认生成的可执行文件名为：编译文件.out
gcc -E helloworld.c -o helloworld.i

选项“-o”是指目标文件，“-i”文件为已经过预处理的C原始程序。以下列出了helloworld.i文件的部分内容：

# 411 "/usr/include/stdio.h" 3 4
# 1 "/usr/include/secure/_stdio.h" 1 3 4
# 31 "/usr/include/secure/_stdio.h" 3 4
# 1 "/usr/include/secure/_common.h" 1 3 4
# 32 "/usr/include/secure/_stdio.h" 2 3 4
# 42 "/usr/include/secure/_stdio.h" 3 4
extern int __sprintf_chk (char * restrict, int, size_t,
     const char * restrict, ...);
# 52 "/usr/include/secure/_stdio.h" 3 4
extern int __snprintf_chk (char * restrict, size_t, int, size_t,
      const char * restrict, ...);







extern int __vsprintf_chk (char * restrict, int, size_t,
      const char * restrict, va_list);







extern int __vsnprintf_chk (char * restrict, size_t, int, size_t,
       const char * restrict, va_list);
# 412 "/usr/include/stdio.h" 2 3 4
# 2 "fun.c" 2
int main()
{
    printf("hello world!\n");
    return 0;
}

由此可见，gcc确实进行了预处理，它把“stdio.h”的内容插入到helloworld.c文件中了。
（2）编译阶段
接下来进行的是编译阶段，在这个阶段中，gcc首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等，以确定代码实际要做的工作，在检查无误后，gcc把代码编译成汇编代码。用户可以使用“-S”选项来进行查看，该选项生成汇编代码。汇编语言是非常有用的，它为不同高级语言不同编译器提供了通用语言。如：C编译器和Fortran编译器产生的输出文件都是一样的汇编语言。
gcc -S helloworld.i -o helloworld.s

    .section    __TEXT,__text,regular,pure_instructions
    .macosx_version_min 10, 13
    .globl  _main                   ## -- Begin function main
    .p2align    4, 0x90
_main:                                  ## @main
    .cfi_startproc
## BB#0:
    pushq   %rbp
Lcfi0:
    .cfi_def_cfa_offset 16
Lcfi1:
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
Lcfi2:
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    subq    $16, %rsp
    leaq    L_.str(%rip), %rdi
    movl    $0, -4(%rbp)
    movb    $0, %al
    callq   _printf
    xorl    %ecx, %ecx
    movl    %eax, -8(%rbp)          ## 4-byte Spill
    movl    %ecx, %eax
    addq    $16, %rsp
    popq    %rbp
    retq
    .cfi_endproc
                                        ## -- End function
    .section    __TEXT,__cstring,cstring_literals
L_.str:                                 ## @.str
    .asciz  "hello world!\n"


.subsections_via_symbols

（3）汇编阶段
汇编阶段是把编译阶段生成的“.s”文件转化成目标文件，读者可以使用选项“-c”把汇编代码转化为“.o”的二进制目标代码了。如下所示：
gcc -c helloworld.s -o helloworld.o

（3）链接阶段
在成功编译之后，就进入了链接阶段。在这里涉及到一个重要的概念：函数库。
读者可以重新查看这个小程序，在这个程序中并没有定义“printf”的函数实现，且在预编译中包含进去的“stdio.h”中也只有该函数的声明，而没有定义函数的实现，那么是在哪里实现的“printf”函数的呢？答案是：系统把这些函数实现都做到了名为libc.so.6的库文件中去了，在没有特别指定时，gcc会到系统默认的搜索路径“/usr/lib”下进行查找，也就是链接到libc.so.6库函数中去，这样就能实现函数“printf”了，而这也就是链接的作用。
函数库一般分为静态库和动态库两种。静态库是指在编译链接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，因此生成的文件比较大，但在运行时也就不需要库文件了，其后缀一般为“.a”。动态库与之相反，在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中，而是在程序执行时链接文件加载库，这样就可以节省系统的开销，动态库一般后缀名为“.so”，如前面所述的libc.so.6就是动态库。gcc在编译时默认使用动态库。
完成了链接之后，gcc就可以生成可执行文件了，如下所示：
gcc helloworld.o -o helloworld

运行该可执行文件，出现正确结果
./helloworld
hello world！
可以通过ldd查看所依赖的动态库。
ldd prints the shared objects (shared libraries) required by each program or shared object specified on the command line.

root@ubuntu:~# gcc -g -o hello hello.c
root@ubuntu:~# ldd hello
    linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff4c589000)
    libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f54da637000)
    /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f54daa01000)

-rpath和-rpath-link的区别是: -rpath选项指定的目录包含在可执行文件里，会在运行时被用到
-rpath-link指定的目录只影响链接时的搜索目录

打印GCC搜索库的路径
gcc --print-search-dirs

安装：/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/
程序：=/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/:/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/:/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../../x86_64-redhat-linux/bin/x86_64-redhat-linux/4.8.5/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../../x86_64-redhat-linux/bin/
库：=/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../../x86_64-redhat-linux/lib/x86_64-redhat-linux/4.8.5/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../../x86_64-redhat-linux/lib/../lib64/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../x86_64-redhat-linux/4.8.5/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../../lib64/:/lib/x86_64-redhat-linux/4.8.5/:/lib/../lib64/:/usr/lib/x86_64-redhat-linux/4.8.5/:/usr/lib/../lib64/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../../x86_64-redhat-linux/lib/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../:/lib/:/usr/lib/

52coder

gcc编译阶段