一、概述
对于编译原理，如果要系统的学习的话，知识点多的完全可以写成一本书，推荐大家可以去阅读一下《编译原理》这本书，可以全面深入的学习编译原理，很经典。接下来的文章我仅仅对GCC/G++编译原理写一些记录。
其中gcc命令是对c语言文件的编译，g++命令是对c++文件的编译，其命令的原理其实是一样的。
二、编译流程
gcc命令编译一般分为四个步骤及调用的命令：
- 预处理(preprocessing) ：gcc -E
- 编译(compilation) ：gcc -S
- 汇编(assembly) ：gcc -c对应调用的是as命令
- 连接(linking) ：gcc对应调用的是ld 命令
先上一个丑陋的概念图
源文件，以下是hello.c代码
#include<stdio.h>
int main(){
printf("hello world!");
return 0;
}
预处理阶段
预处理阶段主要处理#include和#define，它把#include包含进来的.h 文件插入到#include所在的位置，把源程序中使用到的用#define定义的宏用实际的字符串代替，删除注释。
执行命令，会生成hello.i文件
$ gcc -E hello.c -o hello.i
# 1 "hello.c"
# 1 "/usr/include/stdio.h" 1 3 4
# 29 "/usr/include/stdio.h" 3 4
# 1 "/usr/include/_ansi.h" 1 3 4
# 10 "/usr/include/_ansi.h" 3 4
# 1 "/usr/include/newlib.h" 1 3 4
# 14 "/usr/include/newlib.h" 3 4
# 1 "/usr/include/_newlib_version.h" 1 3 4
# 15 "/usr/include/newlib.h" 2 3 4
# 11 "/usr/include/_ansi.h" 2 3 4
# 1 "/usr/include/sys/config.h" 1 3 4
# 1 "/usr/include/machine/ieeefp.h" 1 3 4
# 5 "/usr/include/sys/config.h" 2 3 4
# 1 "/usr/include/sys/features.h" 1 3 4
# 6 "/usr/include/sys/config.h" 2 3 4
# 234 "/usr/include/sys/config.h" 3 4
# 1 "/usr/include/cygwin/config.h" 1 3 4
# 235 "/usr/include/sys/config.h" 2 3 4
# 12 "/usr/include/_ansi.h" 2 3 4
# 30 "/usr/include/stdio.h" 2 3 4
.....此处忽略一千行
# 797 "/usr/include/stdio.h" 3 4
# 2 "hello.c" 2
# 3 "hello.c"
int main(){
printf("hello world!");
return 0;
}
编译阶段
编译阶段首先检查代码的规范性，语法错误，最终把代码翻译成汇编语言
执行命令：
$ gcc -S hello.i -o hello.s
以下是生成的hello.s汇编代码，有兴趣的同学可以研究一下，对于反汇编，这一份代码是必需看懂的^-^。
.file "hello.c"
.text
.def __main; .scl 2; .type 32; .endef
.section .rdata,"dr"
.LC0:
.ascii "hello world!\0"
.text
.globl main
.def main; .scl 2; .type 32; .endef
.seh_proc main
main:
pushq %rbp
.seh_pushreg %rbp
movq %rsp, %rbp
.seh_setframe %rbp, 0
subq $32, %rsp
.seh_stackalloc 32
.seh_endprologue
call __main
leaq .LC0(%rip), %rcx
call printf
movl $0, %eax
addq $32, %rsp
popq %rbp
ret
.seh_endproc
.ident "GCC: (GNU) 7.3.0"
.def printf; .scl 2; .type 32; .endef
汇编阶段
汇编阶段把hello.s文件翻译成二进制机器指令，把hello.s文件转换成hello.o文件，执行命令：
$ gcc -c hello.s -o hello.o
生成的文件是二进制格式，普通人是看不懂了，这是一份让机器理解的代码
当然，我们也可以通过ida，od等工具反汇编得到汇编代码
链接阶段
很多人都会认为到了汇编阶段产出的.o文件就可以使用了，当然这个想法是错误的，还需要最后一个阶段，就是链接阶段(Linking)，可以通俗的理解为关联系统的api，我们的程序调用stdio.h中的printf函数，而这个标准的打印函数是由系统提供的，而链接阶段就是告诉我们应用调用prinft的地方，该去哪里调用这个函数的实现地方，有可能是系统的标准库函数库，也有可能是外面提供的函数库，反正结果就是让我们的应用知道在哪里去找到这个函数。
执行命令，最终生成hello可执行的文件：
$ gcc hello.o -o hello
函数库一般分为静态库和动态库两种
- 静态库是指编译链接时，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，但在运行时也就不再需要库文件了，其后缀名一般为”.a”，如前面的应用，会把printf函数相关的依赖函数都会打包进来。
- 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，而是在程序执行时由运行时链接文件加载库，这样可以节省系统的开销。动态库一般后缀名为”.so”，gcc在编译时默认使用动态库，如果系统把printf函数不小心删除了，前面的应用在运行的时候就会报找不到libc.so.6库的错误提示。
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