C语言编译过程详解

C语言编译过程主要由四个步骤组成：预处理、编译、汇编、链接，最后得到一个可执行程序，在Unix/Linux平台上一般显示后缀为.out，在Windows上显示后缀为.exe，那在生成可执行文件的过程中编译器到底做了什么呢？一个.c文件是怎么一步步变成可执行文件？

1. 预处理

• 包含的头文件替换成对应的函数声明

• 宏定义的展开，进行字符串的替换

• 处理条件编译指令，如#ifdef/#else/#ifndef/#endif等

• 删除代码中的注释

• 文件添加行号和标识

新建test.c，添加以下内容

由图1可看出.c生成.i文件大小有17k，那为什么生成的.i文件比原文件大这么多？

图1

我们可以粗略看下.i文件里的内容，如图2，几乎都是一些函数声明，宏定义被替换成对应字符串

图2

2. 编译

编译实质就是将高级语言转换成汇编语言，由.i 文件到.s文件的过程。具体主要做了以下一些事：

• 语法分析，检测程序中是否存在语法错误就是在这个阶段进行的

• 将源码翻译成汇编代码

• 对代码进行优化

gcc -S test.i -o test.s 生成对应汇编代码，具体内容图3

图3

3. 汇编

汇编的过程是把生成的汇编代码转换成机器码，即.s 到 .o的过程。

gcc -c test.s -o test.o 生成test.o文件，Windows下对应.obj文件，其中的内容是人看不懂的，只能看到一些系统内存空间的分布信息

图4

4. 链接

在链接之前的.o文件还不能直接运行，需要将二进制文件所用到的外部库绑定才能正常运行

gcc -c test.o -o test 由.o最终生成可执行文件，查看test.o 和 test 的文件属性，如图5所示，可看出test是一个可执行的文件，动态链接了一些库文件，而test.o是一个可重定位的文件（包含了代码与数据，可以用来链接成可执行文件或共享目标文件，如目标文件与静态链接库）

图5

链接分为静态链接和动态链接：

• 静态链接：在编译阶段把使用到的库链接到可执行文件，生成的文件较大，但执行速度快，不需要寻找链接库内容

• 动态链接：在链接阶段只是添加一些使用库的描述信息，在程序运行时，再从系统把相应的动态库加载到内存，可执行文件小，但执行速度相对静态链接较慢，要在内存查找链接库内容

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