程序编译过程分析

引言

在日常的学习和工作中， 我们常常使用IDE(集成开发环境，Integrated Development Environment)进行开发，比如嵌入式经常用到的Keil， IAR等等。当我们编写一段代码后，只需要轻轻一点IDE中编译按钮，工具就会自动帮我们生成可执行文件 。IDE的“智能化”在背后帮我们做了很多工作，从一个.c源文件是如何一步一步生成可执行文件的呢？ 今天我们就分析下背后的原理和过程。

编译过程分析

我们还是以最经典的HelloWorld为例子，这里用C语言来编写：

#include <stdio.h>int main(void){ printf('Hello World .\n'); return 0;}

编译过程可以分四个阶段：

1. 预处理(预编译)：（.c—>.i）

• 将以'include'格式包含的文件复制(或叫原地展开)当前源文件中
• 用实际值替换用”define“宏定义的符号
• 根据“#if”后的条件决定需#IFC#

使用-E参数来生成.i文件，具体指令：

gcc -E HelloWorld.c -o HelloWorld.i

我们用vi打开HelloWorld.i文件查看下内容：

从内容我们可以看出，短短的几行HelloWorld.c在预处理后却是高达800多行代码，其中前面的800多行都stdio.h的内容，全都包含进来了，只有最后的几行代码才是我们写的~ 相信这么大家都理解预处理的作用了吧。

2. 编译: （.i—>.s）转换为汇编语言文件

这个阶段编译器主要做词法分析，语法分析，语义分析等，检查无错误后，把代码翻译成汇编语言。

使用-S参数来生成.s文件，具体指令：

gcc -S HelloWorld.i -o HelloWorld.s

我们用vi打开HelloWorld.s文件查看下内容：

可以看到.s文件的内容都是一些汇编指令，与我们的预想是一致的。

3. 汇编:（.s—>.o） 得到目标文件(在Windows中.obj文件格式，linux中.o文件)

我们知道在计算器中只认识机器语言，即0或1，因此在上一步编译得到的汇编文件(汇编本质就是机器指令的助记符，什么是助记符呢？ 比如机器码1000010000101111，用asd来代替，相信大家更倾向于记asd，而不是一大串二进制码吧~~) ，而汇编就是将汇编代码转为机器代码，本质就是一种翻译的过程。

使用-c参数来生成.o文件，具体指令：

gcc -c HelloWorld.s

可以看到成功生成了HelloWorld.o文件， 上面说过汇编就是翻译汇编指令为机器指令， 因此.o内容都是二进制(0和1)，故我们将不打开看拉~

4. 链接：到了最后一步，并是将之前得到的各个机器代码和库文件(当然也是机器代码)按照一定规则合并成一个可执行的文件。

在gcc编译工具链中使用ld命令进行链接，考虑到链接时需要提供链接规则或指定脚本配置，这里为了简化学习，我们可以直接使用gcc工具链提供的默认规则，直接调用gcc来链接即刻。

gcc HelloWorld.o -o HelloWorld.exe

其中-o是指定生成可执行文件名(随意，如果不指定默认生成名a.out)， 我们来执行下：

成功打印了“Hello world.”信息

总结

好了，经过上面所述，相信大家都能清楚从一个源文件编译生成可执行文件的过程拉： 源文件(.c, .cpp) ---> 预处理(.i) ---> 编译(.s) ---> 汇编(.o) ---> 链接(elf或.exe可执行文件)。 好啦，今天的分析到此，对嵌入式，物联网感兴趣的小伙伴，记得点击收藏，转发，关注，不迷路~