C语言：探究Linux环境下编译C程序的整个过程

 编译一个C程序可以分为四个过程：预处理，编译，汇编，链接。编写一个程序逐步了解整个过程：

// file: test.c
#include <stdio.h>

#define DEBUG printf

int add(int a, int b)
{
        return (a+b);
}


int main()
{
        int val = add(1, 2);
        DEBUG("val = %d\n", val);

        return 0;
}

.

预处理

 将带有#的头文件等预处理命令替换成真正的内容，这会导致得到的文件体积增大。通常使用命令gcc -E test.c -o test.i或者cpp test.c -o test.i输出.i文件。打开文件可以看到头文件被替换成一系列的代码，再看我们自己定义的宏DEBUG已经被替换成printf了：

...	// 省略以上头文件的内容
int main()
{
 int val = add(1, 2);
 printf("val = %d\n", val);

 return 0;
}

.

编译

 将预处理得到的文件进行翻译成汇编代码。C语言是一门高级语言，需要转换成汇编代码，但是汇编语言也还不是机器能识别的语言，机器能能识别的是0101这种二进制可执行程序，不急，现在才第2个步骤。编译阶段只是将它先翻译成汇编语言，可以使用命令gcc -S test.i -o test.s或gcc -S test.c -o test.s编译后查看.s汇编文件：

...// 省略
main:
.LFB1:
        .cfi_startproc
        pushq   %rbp
        .cfi_def_cfa_offset 16
        .cfi_offset 6, -16
        movq    %rsp, %rbp
        .cfi_def_cfa_register 6
        subq    $16, %rsp
        movl    $2, %esi
        movl    $1, %edi
        call    add
        movl    %eax, -4(%rbp)
        movl    $.LC0, %eax
        movl    -4(%rbp), %edx
        movl    %edx, %esi
        movq    %rax, %rdi
        movl    $0, %eax
        call    printf
        movl    $0, %eax
        leave
        .cfi_def_cfa 7, 8
        ret
        .cfi_endproc
...// 省略

.

汇编

 前面说了汇编语言还不是机器能识别的代码，需要进一步处理成机器能识别的二进制代码即机器码。通常使用命令gcc -c test.c -o test.o或gcc -c test.s -o test.o或as test.s -o test.o生成.o二进制文件。注意，在汇编这一步之前的文件都是文本文件而不是二进制文件，所以如果现在打开生成的文件看到的都是一堆乱码。
.

链接

 前面说汇编之后生成了机器能识别的二进制代码了，但是这里还不能直接运行。简单点讲就是，程序目前还只是一个类似于框架的东西，那些printf函数你的文件里面没有实现，包含头文件只是这些函数的声明而已，知道这个东西，但实际上还没拥有。所以，需要把那些别人写好的函数原型“串”（链接）起来才可以实现功能。嗯，链接就是实现这个功能。
 链接还分为两种链接方式：静态链接与动态链接。（可以参考一些库的制作，一起搅拌一下可能会更香：https://blog.csdn.net/weixin_44498318/article/details/105597170）
 链接通常使用命令gcc test.o -o test或ld的相关命令即可将标准库的文件链接进来，另外还可以使用-l、-I和-L来静态或动态链接一些库。将得到的可执行文件执行命令./test即可
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总结一下

 事实上，我们平时编译一个程序的时候并不需要分开这么多个步骤，直接执行命令gcc test.c -o test即可得到可执行文件。将编译过程分为4个步骤有一个好处就是：如果修改其中一个文件的一个地方，就不需要每个文件都进行这四个步骤，只编译刚才修改的那个文件，到时直接进行链接即可，有利于提高编译效率，这点在编写大项目中的Makefile中可以发挥优势。