C/C++源程序到可执行程序的过程

　　源程序.cpp  预处理得到

预处理文件.i   编译得到

汇编文件.S    汇编得到

目标文件.o     链接得到

可执行文件

例子：main.cpp  fun.cpp fun.h

 #include <iostream>
 #include "fun.h"
 using namespace std;

 #define PI 3.14

 int main()
 {
     print();
     cout<<PI<<endl;
     return ;
 }

 #ifndef _FUN_H_
 #define _FUN_H_
 void print();
 #endif

 #include <iostream>
 #include "fun.h"
  void print()
 {
     std::cout<<"hello,world"<<std::endl;
 }

1. 预处理

g++ -E main.cpp -o main.i

main.i、fun.i：

      

　　

　　对源程序其中的伪指令（以#开头的指令）和特殊符号进行处理

（1）宏定义指令

　　如 main.cpp中有 #define PI 3.14，预处理之后进行了替换

（2）条件编译指令

　　#ifdef、#ifndef、#else、#elif、#endif等，根据宏定义决定对哪些代码进行处理，避免重复的引用

（3）头文件包含指令

　　#include <xx.h>   #include "xx.h"等

　　这些头文件中有大量的宏定义

（4）特殊符号

 printf("Date:%s,Time:%s,File:%s,Line:%d,Func:%s\n",__DATE__,__TIME__,__FILE__,__LINE__,__FUNCTION__)；

　　

　　经过预处理，得到的.i文件没有宏定义、没有条件编译指令、没有特殊符号

2.  编译

g++ -S main.i -o main.S

　　

　　预处理之后的文件只有一些数字、字符串及关键字的定义，经过g++编译程序：词法分析、语法分析、优化，生成汇编文件

3. 汇编

　　汇编代码汇编成机器指令

4. 链接

　　多个.o文件以及库文件链接成可执行文件

　　ld 一堆库文件 fun.o main.o -o a.out

　　必要的库可通过  g++ -v main.o 查看

　　g++ 最终通过调用 collect2来链接文件，collect2是对ld的封装

（1）静态链接

　　以一组可重定位目标文件和命令行参数作为输入，生成一个完全链接的可以加载和运行的可执行目标文件。

　　将链接库的代码复制到可执行程序中

　　静态链接做的事：

　　　　①符号解析：将目标文件符号引用和定义联系起来（因为某些符号是引用其他模块的符号）

　　　　②重定位：编译器、汇编器生成从地址0开始的代码和数据，链接器把每个符号定义和一个存储器位置联系起来，然后修改所有对这些符号的引用，使得从另一个位置开始执行。

（2）动态链接

　　函数的定义在动态链接库或共享对象的目标文件中，在链接阶段，动态链接库只提供符号表等少量信息保证所有符号引用都有定义（不像静态链接直接复制过去），保证编译顺利通过。在可执行文件执行时，动态连接库将函数等内容映射到运行时相应进程的虚地址空间。

（3）目标文件

　　①可重定位目标文件：含二进制代码、数据，因引用了其他模块的符号而不能执行

　　②共享目标文件/动态库： .so文件

　　③可执行文件

（4）目标文件的格式 ELF文件

　　ELF头：描述文件系统字长、字节序、ELF头大小、目标文件类型、目标机类型等

　　.text：代码段，可执行二进制机器指令

　　.rodata：只读数据段，存常量如字符串等

　　.data：数据段，以明确初始化的全局数据（全局变量、静态变量）,是静态内存分配

　　.bss：块存储段，未被明确初始化的全局数据，这些全局数据会初始化为0，是静态内存分配

　　上面的四个段会加载到内存中

　　.symtab：符号表,定义和引用的函数和全局变量

　　.rel.text：代码段需要重定位的信息，存储需要靠重定位修改位置的符号的汇总

　　.rel.data：数据段需要重定位的信息

　　.debug：gcc -g选项会生成此段

　　.line：源程序的行号映射  用于调试

　　.strtab：字符串表存储symtab、debug符号表中符号的名字

　　查看ELF文件内容、各段大小的命令：

 readelf -a main
2 size main

　　gcc命令基本选项：

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

库的生成与使用：

（1）静态库

ar rcs fun.a fun1.o fun2.o 

　　选项：r：把列表中的目标文件加入到静态库

　　　　    c：若指定的静态库不存在则创建该文件

　　 　　   s：更新静态文件的索引，使之包含新加入的目标文件的内容

链接时：

gcc main.c -lfun.a -o main
gcc -L. main.c -o main

　　-L紧跟静态库路径

（2）动态库

gcc -shared -fPIC -o lib.so lib,c

　　选项的含义：

　　　　-shared：生成动态库

　　　　-fPIC：生成位置无关代码

链接时：

gcc main.c ./lib.so -o main

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

可执行文件在运行时：

　　除了代码段、数据段、BSS段，还有堆区和栈区

　　堆区：用于动态分配内存，用 malloc、free申请和释放

　　            从低地址向高地址增长

　　            链式存储

效率比栈低

　　栈区：由操作系统自动分配和释放，存储函数的参数值、局部变量的值等

从高地址向低地址增长

　　　　    连续内存

最大容量固定