編譯器背後的(de)故事

• 一、可執行程序是(shì)如何被組裝的(de)？
• • 1. 用 gcc 生成 .a 靜态庫和(hé / huò) .so 動态庫
  • • 1.1 編輯得到(dào)舉例的(de)程序：hello.h、hello.c和(hé / huò)main.c
    • 1.2 将hello.c編譯成.o文件；
    • 1.3由.o文件創建靜态庫
    • 1.4 在(zài)程序中使用靜态庫
    • 1.5由.o文件創建動态庫文件
    • 1.6 在(zài)程序中使用動态庫
  • 2.Linux下靜态庫.a與.so庫文件的(de)生成與使用
  • • 2.1 編輯所需程序
    • 2.1 靜态庫.a文件的(de)生成與使用
    • 2.2 共享庫.so文件的(de)生成與使用
  • 3. 将第一次學習内容的(de)程序進行改編
  • • 3.1 完成目标（1）
    • 3.2 完成目标（2）
• 二、Gcc不(bù)是(shì)一個(gè)人(rén)在(zài)戰鬥。
• • 1. Linux GCC常用命令
  • • 1.1 程序準備
    • 1.2 程序的(de)簡單編譯
    • 1.3 程序的(de)分步編譯
  • 2. 比較hello.asm與C代碼生成的(de)可執行文件
  • • 2.1 搭建環境：在(zài)Ubuntu上(shàng)安裝nasm

一、可執行程序是(shì)如何被組裝的(de)？

1. 用 gcc 生成 .a 靜态庫和(hé / huò) .so 動态庫

我們通常把一些公用函數制作成函數庫，供其它程序使用。函數庫分爲(wéi / wèi)靜态庫和(hé / huò)動态庫兩種。靜态庫在(zài)程序編譯時(shí)會被連接到(dào)目标代碼中，程序運行時(shí)将不(bù)再需要(yào / yāo)該靜态庫。動态庫在(zài)程序編譯時(shí)并不(bù)會被連接到(dào)目标代碼中，而(ér)是(shì)在(zài)程序運行是(shì)才被載入，因此在(zài)程序運行時(shí)還需要(yào / yāo)動态庫存在(zài)。
我們通過舉例來(lái)說(shuō)明在(zài)Linux中如何創建靜态庫和(hé / huò)動态庫，以(yǐ)及使用它們，在(zài)創建函數庫前，我們先來(lái)準備舉例用的(de)源程序，并将函數庫的(de)源程序編譯成.o文件。

1.1 編輯得到(dào)舉例的(de)程序：hello.h、hello.c和(hé / huò)main.c

hello.c是(shì)函數庫的(de)源程序，其中包含公用函數hello，該函數将在(zài)屏幕上(shàng)輸出(chū)"Hello XXX!"。hello.h爲(wéi / wèi)該函數庫的(de)頭文件。main.c爲(wéi / wèi)測試庫文件的(de)主程序，在(zài)主程序中調用了(le／liǎo)公用函數hello。
hello.h

hello.c

main.c

1.2 将hello.c編譯成.o文件；

無論靜态庫，還是(shì)動态庫，都是(shì)由.o文件創建的(de)。因此，我們必須将源程序hello.c通過gcc先編譯成.o文件。
在(zài)系統提示符下鍵入以(yǐ)下命令得到(dào)hello.o文件。
gcc -c hello.c
通過ls命令查看是(shì)否生成了(le／liǎo)hello.o文件

1.3由.o文件創建靜态庫

靜态庫文件名的(de)命名規範是(shì)以(yǐ)lib爲(wéi / wèi)前綴，緊接着跟靜态庫名，擴展名爲(wéi / wèi).a。例如：我們将創建的(de)靜态庫名爲(wéi / wèi)myhello，則靜态庫文件名就(jiù)是(shì)libmyhello.a。在(zài)創建和(hé / huò)使用靜态庫時(shí)，需要(yào / yāo)注意這(zhè)點。創建靜态庫用ar命令。
在(zài)系統提示符下鍵入以(yǐ)下命令将創建靜态庫文件libmyhello.a，并用ls命令查看結果
ar -crv libmyhello.a hello.o

1.4 在(zài)程序中使用靜态庫

靜态庫制作完了(le／liǎo)，如何使用它内部的(de)函數呢？隻需要(yào / yāo)在(zài)使用到(dào)這(zhè)些公用函數的(de)源程序中包含這(zhè)些公用函數的(de)原型聲明，然後在(zài)用gcc命令生成目标文件時(shí)指明靜态庫名，gcc将會從靜态庫中将公用函數連接到(dào)目标文件中。注意，gcc會在(zài)靜态庫名前加上(shàng)前綴lib，然後追加擴展名.a得到(dào)的(de)靜态庫文件名來(lái)查找靜态庫文件。
在(zài)程序3:main.c中，我們包含了(le／liǎo)靜态庫的(de)頭文件hello.h，然後在(zài)主程序main中直接調用公用函數hello。下面先生成目标程序hello，然後運行hello程序看看結果如何。
我們輸入以(yǐ)下指令：gcc main.c libmyhello.a -o hello

我們删除靜态庫文件試試公用函數hello是(shì)否真的(de)連接到(dào)目标文件 hello中了(le／liǎo)。

（這(zhè)裏我打錯了(le／liǎo)一段指令，馬了(le／liǎo)别介意: D）
程序照常運行，靜态庫中的(de)公用函數已經連接到(dào)目标文件中了(le／liǎo)。

1.5由.o文件創建動态庫文件

我們繼續看看如何在(zài)Linux中創建動态庫。我們還是(shì)從.o文件開始。
動态庫文件名命名規範和(hé / huò)靜态庫文件名命名規範類似，也(yě)是(shì)在(zài)動态庫名增加前綴lib，但其文件擴展名爲(wéi / wèi).so。例如：我們将創建的(de)動态庫名爲(wéi / wèi)myhello，則動态庫文件名就(jiù)是(shì)libmyhello.so。用gcc來(lái)創建動态庫。
在(zài)系統提示符下鍵入以(yǐ)下命令得到(dào)動态庫文件libmyhello.so,并用ls命令查看
gcc -shared -fPIC -o libmyhello.so hello.o （-o不(bù)可少）

1.6 在(zài)程序中使用動态庫

在(zài)程序中使用動态庫和(hé / huò)使用靜态庫完全一樣，也(yě)是(shì)在(zài)使用到(dào)這(zhè)些公用函數的(de)源程序中包含這(zhè)些公用函數的(de)原型聲明，然後在(zài)用gcc命令生成目标文件時(shí)指明動态庫名進行編譯。我們先運行gcc命令生成目标文件，再運行它看看結果。
輸入以(yǐ)下指令：gcc -o hello main.c -L. -lmyhello

這(zhè)裏出(chū)現了(le／liǎo)錯誤，我們看看錯誤提示，原來(lái)是(shì)找不(bù)到(dào)動态庫文件libmyhello.so。程序在(zài)運行時(shí)，會在(zài)/usr/lib和(hé / huò)/lib等目錄中查找需要(yào / yāo)的(de)動态庫文件。若找到(dào)，則載入動态庫，否則将提示類似上(shàng)述錯誤而(ér)終止程序運行。我們将文件libmyhello.so複制到(dào)目錄/usr/lib中，再試試。

2.Linux下靜态庫.a與.so庫文件的(de)生成與使用

如前面一樣，我們先生成舉例所需要(yào / yāo)的(de)文件

2.1 編輯所需程序

A1.c

A2.c

A.h

test.c

2.1 靜态庫.a文件的(de)生成與使用

（1） 生成目标文件（XXX.o）
指令如下：gcc -c A1.c A2.c

(2）生成靜态庫.a文件
指令如下：ar crv libafile.a A1.o A2.o

（3）使用.a 庫文件，創建可執行程序（若采用此種方式，需保證生成的(de).a 文件與.c 文件保存在(zài)同一目錄下，即都在(zài)當前目錄下）
指令如下：

cpp gcc -o test test.c libafile.a
./test

2.2 共享庫.so文件的(de)生成與使用

（1）生成目标文件（XXX.o）（此處生成.o 文件必須添加"-fpic"(小模式，代碼少)，否則在(zài)生成.so文件時(shí)會出(chū)錯）
指令：gcc -c -fpic A1.c A2.c
（2）生成共享庫.so文件
指令：gcc -shared *.o -o libsofile.so
（3）使用.so 庫文件，創建可執行程序
指令：gcc -o test test.c libsofile.s

當輸入以(yǐ)下指令時(shí)：./test
發現出(chū)現錯誤：

原因與之(zhī)前使用動态庫的(de)情況相同：找不(bù)到(dào)對用的(de).so文件，故需将對應 so 文件拷貝到(dào)對應路徑。
指令
如下：sudo cp libsofile.so /usr/lib

同時(shí)可直接使用 gcc -o test test.c -L. -lname，來(lái)使用相應庫文件
其中，
-L.：表示在(zài)當前目錄下，可自行定義路徑 path，即使用-Lpath 即可。
-lname：name:即對應庫文件的(de)名字(除開 lib)，即若使用 libafile.a，則 name 爲(wéi / wèi) afile；若要(yào / yāo)使用 libsofile.so，則 name 爲(wéi / wèi) sofile。

3. 将第一次學習内容的(de)程序進行改編

目标：
（1）除了(le／liǎo)x2x函數之(zhī)外，再擴展寫一個(gè)x2y函數（功能自定），main函數代碼将調用x2x和(hé / huò)x2y ；将這(zhè)3個(gè)函數分别寫成單獨的(de)3個(gè) .c文件，并用gcc分别編譯爲(wéi / wèi)3個(gè).o 目标文件；将x2x、x2y目标文件用 ar工具生成1個(gè) .a 靜态庫文件, 然後用 gcc将 main函數的(de)目标文件與此靜态庫文件進行鏈接，生成最終的(de)可執行程序，記錄文件的(de)大(dà)小。
（2）将x2x、x2y目标文件用 ar工具生成1個(gè) .so 動态庫文件, 然後用 gcc将 main函數的(de)目标文件與此動态庫文件進行鏈接，生成最終的(de)可執行程序，記錄文件的(de)大(dà)小，并與之(zhī)前做對比。

3.1 完成目标（1）

（1）編輯所需程序
x2x.c

x2y.c

main.c

（2）将以(yǐ)上(shàng)文件用gcc編譯成.o文件


（3）将x2x.o和(hé / huò)x2y.o用 ar工具生成 .a 靜态庫文件

（4）使用gcc将main.c文件與此靜态庫文件進行鏈接

（5） 運行xymain程序


記錄文件大(dà)小爲(wéi / wèi)16888B

3.2 完成目标（2）

（1）将x2x.o、x2y.o文件用ar工具生成.so 動态庫文件
（2）用gcc将main.c文件與此動态庫文件進行鏈接

（3）運行somain

記錄文件大(dà)小爲(wéi / wèi)16888B

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二、Gcc不(bù)是(shì)一個(gè)人(rén)在(zài)戰鬥。

GCC 的(de)意思也(yě)隻是(shì) GNU C Compiler 而(ér)已。經過了(le／liǎo)這(zhè)麽多年的(de)發展，GCC 已經不(bù)僅僅能支持 C語言；它現在(zài)還支持 Ada 語言、C++ 語言、Java 語言、Objective C 語言、Pascal 語言、COBOL語言，以(yǐ)及支持函數式編程和(hé / huò)邏輯編程的(de) Mercury 語言，等等。而(ér) GCC 也(yě)不(bù)再單隻是(shì) GNU C 語言編譯器的(de)意思了(le／liǎo)，而(ér)是(shì)變成了(le／liǎo) GNU Compiler Collection 也(yě)即是(shì) GNU 編譯器家族的(de)意思了(le／liǎo)。另一方面，說(shuō)到(dào) GCC 對于(yú)操作系統平台及硬件平台支持，概括起來(lái)就(jiù)是(shì)一句話：無所不(bù)在(zài)。

1. Linux GCC常用命令

1.1 程序準備

1.2 程序的(de)簡單編譯

這(zhè)個(gè)程序的(de)一步到(dào)位的(de)編譯指令是(shì)gcc test.c -o main

1.3 程序的(de)分步編譯

實質上(shàng)，上(shàng)述編譯過程是(shì)分爲(wéi / wèi)四個(gè)階段進行的(de)，即預處理(也(yě)稱預編譯，Preprocessing)、編譯(Compilation)、彙編 (Assembly)和(hé / huò)連接(Linking)。

gcc -E test.c -o test.i //預處理
gcc -S test.i -o test.s //編譯
gcc -c test.s -o test.o //彙編
gcc test.o -o test //連接

執行以(yǐ)上(shàng)指令後生成以(yǐ)下文件，并查看運行結果

2. 比較hello.asm與C代碼生成的(de)可執行文件

2.1 搭建環境：在(zài)Ubuntu上(shàng)安裝nasm