GCC與編譯過程

tags: code gcc compile C

撰寫時間 : 2021/08/17

流程圖

編譯過程

編輯器 (Editor)

檔名: .c

• vim
• vscode

預處理器(Preprocessor)

檔名: .c -> .i
將包含標頭檔文件插入原文件中、將macro展開展開、根據條件編譯命令選擇要使用的代碼

• header files#include
• macro 展開#define
• 條件編譯命令#if,#ifdef

編譯器(Compiler)

檔名: .i -> .s
包含詞法分析 (Lexical analysis)、語法分析 (Parsing、Syntax analysis)、語意分析 (Semantic analysis)、符號表 (Symbol Table)、中間碼產生 (Intermediate Code Generation)、最佳化 (Code Optimization)、目標語言產生 (Code Generation)

• 組合語言 (Assembly) 會針對不同電腦架構(x86-64、ARM、MIPS)及作業系統(linux, MacOS,Linux)而有不同，會需要這樣是因為對於不同的架構可以有不同的優化方式，並且可以使高階語言有可攜性，代表高階語言不需要為了不同的環境寫不同的程式碼，而是透過編譯器將程式碼轉成對應環境的組合語言

組譯器 (Assembler)

檔名: .s -> .o (obj文件)
將低階語言所寫的程式翻譯成目的檔

• 目的碼(Object codes) CPU 可以直接執行的機器碼 (Machine code) 或是暫存器傳遞語言 (Register transfer language、RTL)，GCC 為後者 目的檔可以透過連結成為可執行檔或是函式庫 (Library)

連結器 (Linker)

檔名: .o -> 執行檔(default a.out)
將多個目標檔或靜態函式庫 (Static library) 合併成一個可執行檔或函式庫的工具

載入器 (Loader)

是作業系統的一部份，用於把程式和動態函式庫 (Shared library) 的指令載入到記憶體 (RAM) 中等待 CPU 執行，當載入完成之後，作業系統會將控制權交給載入的程式碼，讓它開始運作

CPU (Central Processing Unit)

對載入的指令進行運算或儲存等操作

gcc編譯過程

1. 預處理

(不生成文件，需要把它重定向到一個輸出文件裡面)

gcc -E hello.c > pianoapan.txt

2. 預處理、編譯

.c -> .s

gcc -S hello.c

3. 預處理、編譯、組譯

.c -> .o

gcc -c hello.c

4. 預處理、編譯、組譯、連結

.c -> 執行檔(default a.out)

gcc  hello.c

5. 載入器、CPU 執行檔

(default a.out) -> 執行結果

./a.out

gcc其他參數

Tips

• 如果文件非常多的時候，只是修改了一個文件，所有文件都會被重新編譯一次，編譯的時候就會需要很長時間。
• 對於這些源文件，我們應該寫Makefile分別處理，執行：預處理 編譯 匯編 ，先分別編譯它們，最後再把它們連接

介紹文章與參考資料

• GCC和Makefile编译过程
• C 語言編譯到執行流程
• GCC 編譯器基本使用教學與範例
• Makefile的写法影片
• Debugging - GDB Tutorial Clip
• 官方文檔
• 相關參數整理