研究C语言的hello world输出

[环境准备 gcc make strace](#环境准备 gcc make strace)
[C 代码](#C 代码)
[GCC 编译的4个阶段预处理|编译|汇编|链接](#GCC 编译的4个阶段预处理|编译|汇编|链接)
- 预处理
- 编译
- 汇编
- 链接
[使用 make 编译](#使用 make 编译)
查看程序运行中的系统调用

环境准备 gcc make strace

bash 复制代码

$ gcc --version
gcc (Ubuntu 13.3.0-6ubuntu2~24.04.1) 13.3.0
Copyright (C) 2023 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

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$ make --version
GNU Make 4.3
Built for x86_64-pc-linux-gnu
Copyright (C) 1988-2020 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.

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$ strace --version
strace -- version 6.8
Copyright (c) 1991-2024 The strace developers <https://strace.io>.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

Optional features enabled: stack-trace=libunwind stack-demangle m32-mpers mx32-mpers

C 代码

c 复制代码

#include <stdio.h>

int main(void) 
{
	printf("hello world\n");
	return 0;	
}

GCC 编译的4个阶段预处理|编译|汇编|链接

预处理

输入： .c 源文件

输出： .i 文件

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$ gcc -E hello.c -o hello.i

-E ：仅执行预处理，不进行编译，汇编，链接

-o : 指定输出文件名

递归展开头文件 stdio.h等
替换宏定义
处理条件编译
删除所有注释

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$ file hello.c
hello.c: C source, ASCII text

$ file hello.i
hello.i: C source, ASCII text

编译

输入： .i 文件（或者 .c文件）

输出： .s 汇编文件

-S : 仅执行预处理和汇编，不进行汇编和链接

1.此法分析: 将源代码拆分为记号（token）

2.语法分析：构建语法树, 检查语法错误

3.语义分析：检查类型匹配,变量作用域等

4.中间代码生成与优化：生成与机器无关的中间表示

5.目标汇编代码生成

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$ gcc -S hello.i -o hello.s

bash 复制代码

$ file hello.s
hello.s: assembler source, ASCII text

汇编

输入：.s 汇编文件 (或者直接输入.c .s文件)

输出：.o 目标文件（二进制格式，如ELF）

-c : 执行预处理|编译|汇编，但不进行链接

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$ gcc -c hello.s -o hello.o
``

```bash
$ file hello.o
hello.o: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), not stripped

链接

输入：.o 文件+库文件（libc.a libc.so）

输出：.out 可执行文件或共享库

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$ gcc hello.o -o hello

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$ file hello
hello: ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=eacfacba3c3778df9ac2474ebe9b79dc0cabd865, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped

使用 make 编译

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$ rm hello
$ make hello
cc   hello.o   -o hello

使用 ldd（List Dynamic Dependencies）查看链接了那些库

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$ ldd hello
	linux-vdso.so.1 (0x00007b5cc46b4000)
	libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007b5cc4400000)
	/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007b5cc46b6000)

查看程序运行中的系统调用

bash 复制代码

$ strace -t -f -o strace_hello.log ./hello 
hello world

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$ cat strace_hello.log 
10162 22:39:37 execve("./hello", ["./hello"], 0x7ffe0f84c8b0 /* 67 vars */) = 0
10162 22:39:37 brk(NULL)                = 0x5e2c5ac62000
10162 22:39:37 mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7ab26b3cd000
10162 22:39:37 access("/etc/ld.so.preload", R_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
10162 22:39:37 openat(AT_FDCWD, "/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
10162 22:39:37 fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=60167, ...}) = 0
10162 22:39:37 mmap(NULL, 60167, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7ab26b3be000
10162 22:39:37 close(3)                 = 0
10162 22:39:37 openat(AT_FDCWD, "/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
10162 22:39:37 read(3, "\177ELF\2\1\1\3\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0>\0\1\0\0\0\220\243\2\0\0\0\0\0"..., 832) = 832
10162 22:39:37 pread64(3, "\6\0\0\0\4\0\0\0@\0\0\0\0\0\0\0@\0\0\0\0\0\0\0@\0\0\0\0\0\0\0"..., 784, 64) = 784
10162 22:39:37 fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=2125328, ...}) = 0
10162 22:39:37 pread64(3, "\6\0\0\0\4\0\0\0@\0\0\0\0\0\0\0@\0\0\0\0\0\0\0@\0\0\0\0\0\0\0"..., 784, 64) = 784
10162 22:39:37 mmap(NULL, 2170256, PROT_READ, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x7ab26b000000
10162 22:39:37 mmap(0x7ab26b028000, 1605632, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x28000) = 0x7ab26b028000
10162 22:39:37 mmap(0x7ab26b1b0000, 323584, PROT_READ, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1b0000) = 0x7ab26b1b0000
10162 22:39:37 mmap(0x7ab26b1ff000, 24576, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x1fe000) = 0x7ab26b1ff000
10162 22:39:37 mmap(0x7ab26b205000, 52624, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7ab26b205000
10162 22:39:37 close(3)                 = 0
10162 22:39:37 mmap(NULL, 12288, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7ab26b3bb000
10162 22:39:37 arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7ab26b3bb740) = 0
10162 22:39:37 set_tid_address(0x7ab26b3bba10) = 10162
10162 22:39:37 set_robust_list(0x7ab26b3bba20, 24) = 0
10162 22:39:37 rseq(0x7ab26b3bc060, 0x20, 0, 0x53053053) = 0
10162 22:39:37 mprotect(0x7ab26b1ff000, 16384, PROT_READ) = 0
10162 22:39:37 mprotect(0x5e2c2ad4b000, 4096, PROT_READ) = 0
10162 22:39:37 mprotect(0x7ab26b40d000, 8192, PROT_READ) = 0
10162 22:39:37 prlimit64(0, RLIMIT_STACK, NULL, {rlim_cur=8192*1024, rlim_max=RLIM64_INFINITY}) = 0
10162 22:39:37 munmap(0x7ab26b3be000, 60167) = 0
10162 22:39:37 fstat(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(0x88, 0x1), ...}) = 0
10162 22:39:37 getrandom("\x5c\x64\x6b\x57\xf2\xe3\x94\x6a", 8, GRND_NONBLOCK) = 8
10162 22:39:37 brk(NULL)                = 0x5e2c5ac62000
10162 22:39:37 brk(0x5e2c5ac83000)      = 0x5e2c5ac83000
10162 22:39:37 write(1, "hello world\n", 12) = 12
10162 22:39:37 exit_group(0)            = ?
10162 22:39:37 +++ exited with 0 +++

第一列：进程或者线程ID

第二列：时间戳 -tt 会显示微秒

第三列：系统调用名称以及参数

"="号之后：系统调用的返回值

text 复制代码

openat(AT_FDCWD, "/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3

和之前 ldd 查看的一致

主要运行的系统调用

text 复制代码

10162 22:39:37 write(1, "hello world\n", 12) = 12

提取第3列的系统调用

bash 复制代码

$ awk '{print $3}' strace_hello.log | sed 's/(.*//' > syscalls_c
$ cat syscalls_c
execve
brk
mmap
access
openat
fstat
mmap
close
openat
read
pread64
fstat
pread64
mmap
mmap
mmap
mmap
mmap
close
mmap
arch_prctl
set_tid_address
set_robust_list
rseq
mprotect
mprotect
mprotect
prlimit64
munmap
fstat
getrandom
brk
brk
write
exit_group
+++

python 代码

python 复制代码

print("hello world")

查看 python 的运行的系统调用

bash 复制代码

$ strace -t -f -o strace_hello_py.log python3 hello.py 
hello world

python 输出的系统调用非常多

bash 复制代码

$ wc -l strace_hello_py.log 
392 strace_hello_py.log

而C语言的非常少

bash 复制代码

$ wc -l strace_hello.log 
36 strace_hello.log

python 输入hello world 也执行了 write 系统调用

text 复制代码

$ cat strace_hello_py.log | grep write
11529 23:06:07 write(1, "hello world\n", 12) = 12

发现和之前C语言输出的系统调用一致的

text 复制代码

进程 11529 在 23:06:07 时刻，向标准输出（文件描述符1）写入12字节的内容（hello world + 换行），内核成功完成写入并返回12，表示全部写入成功。这是程序正常输出信息的典型系统调用

参数1 1 文件描述符。在Unix/Linux中，0=标准输入，1=标准输出，2=标准错误。此处 1 表示写入标准输出（通常是终端或控制台）。

参数2 "hello world\n" 要写入的数据内容，这里是一个字符串，包含 hello world 和一个换行符 \n。

参数3 12 要写入的字节数。字符串 "hello world\n" 长度为12字符（11个字母+1个空格+1个换行）。

返回值 12 write 系统调用实际写入的字节数。成功时返回等于请求写入的字节数（12），表示全部写入成功。如果返回 -1 则表示出错，并设置 errno。

研究C语言的hello world输出

研究C语言的hello world输出

环境准备 gcc make strace

C 代码

GCC 编译的4个阶段 预处理|编译|汇编|链接

预处理

编译

汇编

链接

使用 make 编译

查看程序运行中的系统调用

GCC 编译的4个阶段预处理|编译|汇编|链接