【Linux】程序翻译的四个阶段及编译器gcc/g++的验证
“没有做不会的题，没有背不下的书，起不来的早晨，熬不下的夜，只有不想追的梦”
目录
- 前言：
- 一.程序翻译的四个阶段
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- 1.预处理阶段
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- 1.1预处理的验证（gcc -E）
- 2.编译
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- 2.1编译的验证（gcc -S）
- 3.汇编
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- 3.1汇编的验证（gcc -c）
- 4.链接
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- 4.1链接的验证
- 二.gcc选项补充
- 三.总结
前言：
为了在系统上运行一个程序，每条C语句都必须被其他程序转化为一系列的低级机器语言指令，然后这些指令按照一种为可执行目标程序的格式打好包，并以二进制磁盘文件的形式存放起来。目标程序也称为可执行目标文件。
在Linux操作系统上，从源文件到目标文件的转化是由编译器驱动程序（gcc/g++）完成的。
gcc在Linux下负责编译C语言，g++主要负责编译C++。
gcc -o hello hello.c
上面这个指令，gcc编译器驱动程序读取源程序文件hello.c，并把它翻译成一个可执行目标文件hello。
这个翻译过程分为四个阶段：预处理（Preprocessing）、编译（Compilation）、汇编（Assembly）、链接（Linking）。执行这四个阶段的程序（预处理器、编译器、汇编器、和链接器）一起构成了编译系统。
一.程序翻译的四个阶段
1.预处理阶段
预处理功能主要包括宏替换,头文件包含,条件编译,去注释等
头文件包含：处理#include指令，一个源文件可以将另外一个文件的全部内容包含进来
宏替换：#define a b，在编译预处理时，将程序中在该语句以后出现的所有的a都用b来代替。
去注释：删掉源代码中注释的部分
条件编译：一般情况下，C语言源程序中的每一行代码都要参加编译。但有时候出于对程序代码优化的考虑，希望只对其中一部分内容进行编译，此时就需要在程序中加上条件，让编译器只对满足条件的代码进行编译，将不满足条件的代码舍弃，这就是条件编译。比如#if、#ifdef、#elif、#else、#endif等
1.1预处理的验证（gcc -E）
我们先在hello.c中加上宏定义，头文件，注释，和条件编译
接下来我们执行：gcc -E hello.c -o hello.i
选项“-o”是指目标文件,“.i”文件为已经过预处理的C原始程序
我们的文件直接变成了800多行，因为头文件被包含了进来。此外也进行了宏替换，M替换成了5，注释的信息也没有了，并且进行了条件编译。
2.编译
编译器（gcc）将预处理完的文本文件hello.i进行一系列的词法分析、语法分析、语义分析和优化，翻译成文本文件hello.s，它包含一个汇编语言程序。
所以编译就是把语言代码转换成汇编代码文件（ . s ) \color{#FF0000}{所以编译就是把语言代码转换成汇编代码文件（.s)} 所以编译就是把语言代码转换成汇编代码文件（.s)
2.1编译的验证（gcc -S）
-S：从现在开始进行程序的翻译，当编译做完就停下来
我们进行下面的操作：
gcc -S hello.i -o hello.s 或者
gcc -S hello.i 会默认生成hello.s文件
我们查看hello.s文件，可以看到变成了汇编代码
3.汇编
汇编器（as）将hello.s翻译成机器语言指令，把这些指令打包成一种叫做可重定位目标程序的格式，并将结果保存在目标文件hello.o中，hello.o是一个二进制文件。
所以汇编就是把汇编语言转化为可重定位的二进制文件，它是不可以被执行的 \color{#FF0000}{所以汇编就是把汇编语言转化为可重定位的二进制文件，它是不可以被执行的} 所以汇编就是把汇编语言转化为可重定位的二进制文件，它是不可以被执行的
在绝大多数window的编译器下生成的是bin.obj文件
3.1汇编的验证（gcc -c）
-c：从现在开始进行程序的翻译，当汇编做完就停下来
我们进行下面的操作
gcc -c hello.s -o hello.o
我们查看hello.o文件的内容
可以看到一堆乱码
4.链接
hello程序调用了printf函数，它存在于一个名为printf.o的单独的预编译好了的目标文件中，而这个文件必须以某种方式合并到我们的hello.o程序中。连接器（ld）就负责处理这种合并。结果就得到了hello文件，它是一个可执行目标文件（或者称为可执行文件）
上一步汇编只是把我们的代码进行翻译成二进制目标文件，但我们调用了printf函数，还需要链接到库文件中的库函数去。
所以链接就是把我们的 o b j 文件和我们的库文件进行合并，形成可执行程序 \color{#FF0000}{所以链接就是把我们的obj文件和我们的库文件进行合并，形成可执行程序} 所以链接就是把我们的obj文件和我们的库文件进行合并，形成可执行程序
4.1链接的验证
我们进行下面的操作：
gcc hello.o -o hello 生成hello的可执行程序
gcc hello.o 默认生成a.out可执行程序
./hello去执行代码
二.gcc选项补充
之前用到的-E，-S，-e,下面补充一些选项
-E 只激活预处理,这个不生成文件,你需要把它重定向到一个输出文件里面
-S 编译到汇编语言不进行汇编和链接
-c 编译到目标代码
-o 文件输出到 文件
-static 此选项对生成的文件采用静态链接
-g 生成调试信息。GNU 调试器可利用该信息。
-shared 此选项将尽量使用动态库，所以生成文件比较小，但是需要系统由动态库.
-O0 -O1-O2-O3 编译器的优化选项的4个级别，-O0表示没有优化,-O1为缺省值，-O3优化级别最高
-w 不生成任何警告信息。
-Wall 生成所有警告信息。
三.总结
本文介绍了程序编译的四个阶段，分别是预处理，编译，汇编和链接的知识,以及使用gcc在Linux中对各个阶段进行验证使用了-E，-S，-c，可以使用左上角键盘Esc键进行记忆，以及生成对应的文件后缀iso。
链接阶段涉及函数库的知识，我们下文见。。
完结。。。。