编译链接流程与底层细节

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因为要用到 gcc 编译环境，作者本人目前还不会🥹，相关截图没有，可以先大概了解一下，后面学习了会补充完整，请谅解🙏🙏🙏，感谢支持。

文章目录

一.翻译环境
二.运行环境
🎯总结
⚠️易错点

Ladies and gentlemen，本篇文章讲的是 翻译环境、运行环境、预处理、编译、汇编、链接 全过程，是理解程序底层运行、解决多文件编译问题；全程高能，不容错过！！！

前言

我们写的.c源代码，无法直接被计算机执行，必须经过一系列翻译步骤，变成可执行程序。这个过程就是编译+链接 。理解编译与链接，能帮助大家搞懂头文件重复包含、宏展开、extern
作用、重定位、符号解析等底层问题，写出更规范、更稳定的多文件项目

一.翻译环境

翻译环境就是把源代码转换成可执行程序（二进制）

其中有四步核心流程👉 ：.c --> 预处理 --> .i --> 编译 --> .s --> 汇编 --> .o或.obj --> 链接 --> .exe

更具体的流程图如图所示：

1.1预处理

功能：
把.i文件 --> 汇编代码.s

主要工作内容：

展开#include头文件，把内容插入进来

展开#define宏定义，并删除#define

删除所有注释

处理条件编译#if #ifdef #endif

添加行号、文件名，保留#pragma

指令（在gcc）：

c 复制代码

gcc -E test.c -o test.i

🧐分析：-E只进行预处理，停止在预处理阶段；-o是输出到指定文件

1.2编译

功能：

把.i文件 --> 汇编代码.s

步骤：

词法分析：拆分关键字、标识符、数字、符号

语法分析：生成语法树

语义分析：类型检查、匹配

优化：生成最优汇编代码

指令（在gcc）：

c 复制代码

gcc -S test.i -o test.s

🧐分析：-S只进行编译，生成汇编文件.s

1.3汇编

功能：

把汇编代码.s --> 机器指令（二进制目标文件.o或.obj）

特点：

不做优化

一条汇编指约等于一条机器指令

指令（在gcc）：

c 复制代码

gcc -c test.s -o test.o

🧐分析：-c只进行汇编，生成目标文件.o

1.4链接

功能：

把多个.o或.obj+库文件 --> 可执行文件.exe

主要工作内容：

符号解析：找到函数、全局变量的地址

重定位：修正所有调用地址

地址与空间分配

举个例子：

在add.c文件

c 复制代码

int g_val = 2022;
int Add(int x, int y)
{
    return x + y;
}

在test.c文件

c 复制代码

#include <stdio.h>

extern int Add(int x, int y);
extern int g_val;

int main()
{
    int sum = Add(10, 20);
    printf("%d\n", sum);
    printf("%d\n", g_val);
    
    return 0;
}

🧐分析：
test.c单独编译生成test.o；add.c单独编译生成add.o

链接时：找到Add函数地址；找到g_val地址；修正调用指令 --> 重定位完成

二.运行环境

运行环境是执行已经生成好的可执行程序

运行步骤：

先把可执行程序加载到内存

⬇️

然后从`main`函数开始执行

⬇️

接着使用栈存放局部变量、函数调用

⬇️

再使用静态区存放全局变量、`static`变量

⬇️

最后程序结束

🎯总结

翻译环境 ：源代码 --> 可执行程序，四步流程：预处理(test.c) --> 编译(test.i) --> 汇编(test.s) --> 链接(test.o或.obj)，最后到可执行程序(test.exe)
预处理：展开头文件、宏、删注释
编译：生成汇编代码
汇编：生成机器码目标文件
链接：多文件合并、符号解析、重定位
运行环境 ：加载内存、执行main、使用栈与静态区

⚠️易错点

以为.c直接变.exe，不知道四步流程

混淆编译和链接的职责

不知道预处理会删除注释、展开头文件和宏

多文件中忘记extern声明，链接报错

目标文件.o或.obj已是二进制，但不能直接运行

重定位是链接阶段完成，不是编译阶段

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