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来源：开源Linux收集编辑：cnLinuxer
链接：https://blog.csdn.net/qq_39221436/article/details/125638972
预处理（Preprocessing） 编译（Compilation） 汇编（Assembly） 链接（Linking）
GCC 工具链介绍
GCC
Binutils
addr2line：用来将程序地址转换成其所对应的程序源文件及所对应的代码行，也可以得到所对应的函数。该工具将帮助调试器在调试的过程中定位对应的源代码位置。 as：主要用于汇编，有关汇编的详细介绍请参见后文。 ld：主要用于链接，有关链接的详细介绍请参见后文。 ar：主要用于创建静态库。为了便于初学者理解，在此介绍动态库与静态库的概念： 如果要将多个.o目标文件生成一个库文件，则存在两种类型的库，一种是静态库，另一种是动态库。 在windows中静态库是以 .lib 为后缀的文件，共享库是以 .dll 为后缀的文件。在linux中静态库是以.a为后缀的文件，共享库是以.so为后缀的文件。 静态库和动态库的不同点在于代码被载入的时刻不同。静态库的代码在编译过程中已经被载入可执行程序，因此体积较大。共享库的代码是在可执行程序运行时才载入内存的，在编译过程中仅简单的引用，因此代码体积较小。在Linux系统中，可以用ldd命令查看一个可执行程序依赖的共享库。 如果一个系统中存在多个需要同时运行的程序且这些程序之间存在共享库，那么采用动态库的形式将更节省内存。 ldd：可以用于查看一个可执行程序依赖的共享库。 objcopy：将一种对象文件翻译成另一种格式，譬如将.bin转换成.elf、或者将.elf转换成.bin等。 objdump：主要的作用是反汇编。有关反汇编的详细介绍，请参见后文。 readelf：显示有关ELF文件的信息，请参见后文了解更多信息。 size：列出可执行文件每个部分的尺寸和总尺寸，代码段、数据段、总大小等，请参见后文了解使用size的具体使用实例。
C运行库
准备工作
#include <stdio.h>
//此程序很简单，仅仅打印一个Hello World的字符串。
int main(void)
{
printf("Hello World! \n");
return 0;
}
编译过程
1.预处理
将所有的#define删除，并且展开所有的宏定义，并且处理所有的条件预编译指令，比如#if #ifdef #elif #else #endif等。 处理#include预编译指令，将被包含的文件插入到该预编译指令的位置。 删除所有注释“//”和“/* */”。 添加行号和文件标识，以便编译时产生调试用的行号及编译错误警告行号。 保留所有的#pragma编译器指令，后续编译过程需要使用它们。
$ gcc -E hello.c -o hello.i // 将源文件hello.c文件预处理生成hello.i
// GCC的选项-E使GCC在进行完预处理后即停止
// hello.i代码片段
extern void funlockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__));
# 942 "/usr/include/stdio.h" 3 4
# 2 "hello.c" 2
# 3 "hello.c"
int
main(void)
{
printf("Hello World!" "\n");
return 0;
}
2.编译
$ gcc -S hello.i -o hello.s // 将预处理生成的hello.i文件编译生成汇编程序hello.s
// GCC的选项-S使GCC在执行完编译后停止，生成汇编程序
// hello.s代码片段
main:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
movl $.LC0, %edi
call puts
movl $0, %eax
popq %rbp
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
3.汇编
$ gcc -c hello.s -o hello.o // 将编译生成的hello.s文件汇编生成目标文件hello.o
// GCC的选项-c使GCC在执行完汇编后停止，生成目标文件
//或者直接调用as进行汇编
$ as -c hello.s -o hello.o //使用Binutils中的as将hello.s文件汇编生成目标文件
4.链接
静态链接是指在编译阶段直接把静态库加入到可执行文件中去，这样可执行文件会比较大。链接器将函数的代码从其所在地（不同的目标文件或静态链接库中）拷贝到最终的可执行程序中。为创建可执行文件，链接器必须要完成的主要任务是：符号解析（把目标文件中符号的定义和引用联系起来）和重定位（把符号定义和内存地址对应起来然后修改所有对符号的引用）。 动态链接则是指链接阶段仅仅只加入一些描述信息，而程序执行时再从系统中把相应动态库加载到内存中去。 在Linux系统中，gcc编译链接时的动态库搜索路径的顺序通常为：首先从gcc命令的参数-L指定的路径寻找；再从环境变量LIBRARY_PATH指定的路径寻址；再从默认路径/lib、/usr/lib、/usr/local/lib寻找。 在Linux系统中，执行二进制文件时的动态库搜索路径的顺序通常为：首先搜索编译目标代码时指定的动态库搜索路径；再从环境变量LD_LIBRARY_PATH指定的路径寻址；再从配置文件/etc/ld.so.conf中指定的动态库搜索路径；再从默认路径/lib、/usr/lib寻找。 在Linux系统中，可以用ldd命令查看一个可执行程序依赖的共享库。
如果使用命令“gcc hello.c -o hello”则会使用动态库进行链接，生成的ELF可执行文件的大小（使用Binutils的size命令查看）和链接的动态库（使用Binutils的ldd命令查看）如下所示：
$ gcc hello.c -o hello
$ size hello //使用size查看大小
text data bss dec hex filename
1183 552 8 1743 6cf hello
$ ldd hello //可以看出该可执行文件链接了很多其他动态库，主要是Linux的glibc动态库
linux-vdso.so.1 => (0x00007fffefd7c000)
libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007fadcdd82000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fadce14c000)
$ gcc -static hello.c -o hello
$ size hello //使用size查看大小
text data bss dec hex filename
823726 7284 6360 837370 cc6fa hello //可以看出text的代码尺寸变得极大
$ ldd hello
not a dynamic executable //说明没有链接动态库
分析ELF文件
1.ELF文件的段
.text：已编译程序的指令代码段。 .rodata：ro代表read only，即只读数据（譬如常数const）。 .data：已初始化的C程序全局变量和静态局部变量。 .bss：未初始化的C程序全局变量和静态局部变量。 .debug：调试符号表，调试器用此段的信息帮助调试。
$ readelf -S hello
There are 31 section headers, starting at offset 0x19d8:
Section Headers:
[Nr] Name Type Address Offset
Size EntSize Flags Link Info Align
[ 0] NULL 0000000000000000 00000000
0000000000000000 0000000000000000 0 0 0
……
[11] .init PROGBITS 00000000004003c8 000003c8
000000000000001a 0000000000000000 AX 0 0 4
……
[14] .text PROGBITS 0000000000400430 00000430
0000000000000182 0000000000000000 AX 0 0 16
[15] .fini PROGBITS 00000000004005b4 000005b4
……
2.反汇编ELF
$ objdump -D hello
……
0000000000400526 <main>: // main标签的PC地址
//PC地址：指令编码 指令的汇编格式
400526: 55 push %rbp
400527: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
40052a: bf c4 05 40 00 mov $0x4005c4,%edi
40052f: e8 cc fe ff ff callq 400400 <puts@plt>
400534: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
400539: 5d pop %rbp
40053a: c3 retq
40053b: 0f 1f 44 00 00 nopl 0x0(%rax,%rax,1)
……
$ gcc -o hello -g hello.c //要加上-g选项
$ objdump -S hello
……
0000000000400526 <main>:
#include <stdio.h>
int
main(void)
{
400526: 55 push %rbp
400527: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
printf("Hello World!" "\n");
40052a: bf c4 05 40 00 mov $0x4005c4,%edi
40052f: e8 cc fe ff ff callq 400400 <puts@plt>
return 0;
400534: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
}
400539: 5d pop %rbp
40053a: c3 retq
40053b: 0f 1f 44 00 00 nopl 0x0(%rax,%rax,1)
……
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