Linux基础：预编译、编译、汇编、链接

四：预编译、编译、汇编、链接

//详情参考《程序员的自我修养》1-6章

精简版：

//在原文基础上做补充和修改

参考原文：https://blog.csdn.net/weixin_40740059/article/details/84075653

如图：c程序的4G虚拟地址空间划分： 

 

在text段中，只有普通局部变量是指令 

 

int gdata1 = 10; //.data  已初始化且初始化不为零的数据

int gdata2 = 0;  //.bss   未初始化或初始化为零的数据

int gdata3;      //.bss

static int gdata4 = 20;  //.data

static int gdata5 = 0;   //.bss

static int gdata6;       //.bss

int main()

{

       int data1 = 30; //.text  //只有普通局部变量是指令

       int data2 = 0;  //.text

       int data3;      //.text

       static int data4 = 40; //.data

       static int data5 = 0;  //.bss

       static int data6;      //.bss

      

       return 0;

}

//下文详情参考《程序员的自我修养》39页

一：预编译命令：gcc  -E  main.c  -o  main.i ，然后生成.i文件

 

1.将所有的“#define”删除，展开宏定义 

2.处理“#include” 预编译指令，将包含的文件插入到预编译指令的位置。 递归方式展开头文件

3.处理所有的条件预编译指令如：“#if”，“#ifdef”，“#endif”，“#elif”，“#else” 

4.删除注释// 和/**/

5.添加行号和文本标识

6.保留 #pragma ,因为编译器要使用

//预编译后的.i文件，不包含任何宏定义，宏已展开，不包含头文件。

 

二：编译命令：gcc  -S  main.i  -o  main.s ，然后生成.s 文件 【编译阶段以一个.cpp或者.c文件为单元编译】

1. 词法分析：扫描器来进行；

（1）词：关键字，标识符，字面量（数字，字符串），特殊符号（加号，等号）

（2）将标识符放到符号表

（3）将数字，字符串放到符号表

2.语法分析：语法分析器，语法树

3.语义分析：语义分析器

（1）分析静态语义（即编译时期可以确定的语义）：声明和类型匹配，类型转换

（2）分析动态语义（即运行时才能确定的语义）

（3）对符号表中的符号进行更新。

4.代码优化 ，生成汇编代码文件：代码生成器，目标代码优化器

代码优化参考百科https://baike.sogou.com/v55223791.htm?fromTitle=%E4%BB%A3%E7%A0%81%E4%BC%98%E5%8C%96

在不改变程序运行效果的前提下，对被编译的程序进行等价变换，使之能生成更加高效目标代码。

等价：不改变程序执行效果；

变换：引起程序形式上的变动.

改进、提高程序途径:

1） 改进算法；

2） 在源程序级上等价变换；

3） 充分利用系统提供的程序库；

4） 编译时优化等。

 

[inter x86]  //汇编代码

int a = 10;

mov dword ptr[a],0Ah //ptr[a] 对a地址解引用后得到a的内存 //0Ah 是10

 

三：汇编命令：gcc  -C  main.s  -o  main.o，然后生成.o文件，即可重定位（重入）的二进制文件

1.将汇编指令翻译成二进制

2.生成符号表：

objdump -t xxx.o查看符号表：

3.生成各种段”Segme”

图为.o目标文件中的段：分别：

 

             （0）ELF header文件头：描述整个文件的文件属性：是否可执行，静态链接还是动态链接级入口地址，目标硬件，目标                                                              操作

             （1）.text代码段：存放源代码编译后的机器指令。普通局部变量也当做指令

             （2）.data数据段：存放已初始化的全局变量和局部静态变量

             （3）相当于没有的.bss段：，不占据空间，只是下面两种变量的预留位置

记录未初始化的全局变量和局部静态变量的大小总和。（这两种变量默认为0本可以放在.data段，但是没必要，浪费空间。所以就有.bss段，他的存在节省了磁盘空间。.bss段在文件中不占据空间,只是预留位置。）

              （4）.comment注释信息段。

 

 

  Linux中ELF文件，bss段：段以符号起始，节省磁盘空间

 

  bss段少了一个数据，和虚拟地址空间上的段不同意义。 （bss段中少的数据，位于COM块中）

 

  强弱符号：强符号是已初始化的全局变量，弱符号是未初始化的全局变量

  强弱符号规则：

1.两强：重定义错误  //数据段不可以出现重名

2.一强一弱：选强符号作为所有地址

3.两弱：选字节数大的   <编译器处理>

在汇编完成前，不清楚是否存在强符号无法判断时，则将变量放入COM块中。

 

四：链接命令：gcc mian.o –o mian  ,生成ELF文件（即可执行文件），有头和.data、.text段等

 //UND  即未定义区  //找不到

 

1.段合并：相同段合并<一个段映射一个页面>  

合并方式：相似段合并：

而不是这样：下图为错误合并方式：

1.1合并符号表：同名查找，未找到则用本身查找的弱符号，找到则删除弱符号改用强符号

2.符号解析（处理UND）：未找到对应的符号进行报错     合并UND

3.分配地址和空间

4.符号的重定位  //test段  <虚假地址改真实，纠正虚假偏移>

链接后的可执行文件中的各个段。