Hello World之编译链接装载与执行（1）

一：前言

我打算写一系列博客来说说我对Hello World在计算机中的生命旅程的理解，我是一名软件工程专业的大三学生，有关这个问题我主要的参考书有《深入理解计算机系统》、《现代操作系统》、《程序员的自我修养》，除了这些，我还参考了一些大牛的博客，如果后面需要，我会贴出来，我还在我的Centos 7系统上做了一些验证。如果上面的三本书你都看过，并且看的还算认真，能回答这个问题 https://www.zhihu.com/question/53042020
(问：下面的程序需要经过链接吗？)

//1.c

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

int main()

{

    return 0;

}

那我觉得你可以关掉我的博客去冲杯咖啡歇歇了。如果不能回答，并且想知道答案，那我们一步一步往下走，因为我要从头说起，所以可能废话会有点多。

但是你要是想急切知道我对这个问题的看法，请点击： [尚未完成]

好了，我们还是一步步往下走吧～

二：GCC 是什么？

回答：
1、是c语言的编译器。（单纯、你不知道它还能编译其它语言吗？）
2、是GNU的编译器套件，可以编译多种语言。（司机，看来你基础不错）
3、是GUN编译系统的编译驱动程序。（我的天，老司机阿）

那为什么说GCC是GUN编译系统的编译驱动程序呢？我们继续。

三：Hello World 诞生啦！

//Hello.c

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

#include<stdio.h>

int main(int argc,char *argv[])

{

    printf("Hello World\n");

    return 0;

}

上面的是源程序，如果想得到可运行的目标文件：

已经OK了。但是我们才不会这样呢？这个几乎瞬间完成的动作，其实是由这么几个步骤组成的。

预处理 -> 编译 -> 汇编 -> 链接 -> 装载

下面我们来依次说每个步骤。

四：预处理

1、使用GCC -E参数完成。

预处理会干什么事情：

展开所有的宏定义并删除 #define
处理所有的条件编译指令，例如 #if #else #endif #ifndef …
把所有的 #include 替换为头文件实际内容，递归进行
把所有的注释 // 和 / / 替换为空格
添加行号和文件名标识以供编译器使用
保留所有的 #pragma 指令，因为编译器要使用
……

处理完成之后看看我们的Hello.i，发现原来8行代码现在变成了接近700行，因为将<stdio.h>的文件被替换进来了，在最后几行找到了我们自己Hello.c的代码：

2、使用系统默认的预处理器cpp完成。

预处理除了使用GCC -E参数完成之外，我们还可以使用系统默认的预处理器cpp完成。如下所示：

我们看看Hello.ii的代码：

虽然Hello.i和Hello.ii的代码对应的行数不同，但是内容却是一模一样的，只是中间空行的数量不同而已。

OK ,接下来，继续向编译出发。

五：编译

编译是将源文件转换成汇编代码的过程，具体的步骤主要有：

词法分析 -> 语法分析 -> 语义分析 -> 中间代码生成 -> 目标代码生成。

如果不想了解具体过程，跳过下面两行～
有关词法分析，我写过一个简单的词法分析器：[点击这里]
有关语法分析，针对LL1分析法，我实现过一个简单的语法分析器：
http://blog.csdn.net/yangbodong22011/article/details/52951001

1、使用GCC -S参数完成。

查看Hello.s发现已经是汇编代码了。

2、使用系统默认的编译器cc1完成这个过程。

前面的预处理命令cpp可能大家的系统上都有，我们输入cp，然后Tab两下（Linux系统上表示提示补全命令），系统提示如下：

倒数第二个命令就是cpp了。但是我们cc同样的过程的时候却发现：

并没有cc1这个命令，但是cc1确实是Linux系统上默认的编译器呀，我们在系统上找找看：

看上图第二条，/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.2/cc1，尝试着去看下：

有可执行权限，那为何不试试能不能用来编译Hello.ii呢？

好像没有什么报错，迫不及待的看看Hello.ss的内容：

发现和Hello.s的是一样的。编译成功。Goto 汇编。

六：汇编

汇编是将汇编代码生成机器代码的过程。得到的文件叫可重定位的目标文件，机器代码是二进制代码，并且根据不同的平台，生成二进制代码也不同。

1、使用GCC -c参数完成。

其实也可以查看下Hello.o的内容：

只是乱码罢了。要是想看，我们可以使用hexedit,readelf和objdump这三个工具。

hexedit 只是个将二进制文件用十六进制打开的工具，我们执行：

$ sudo yum install hexedit

$ hexedit Hello.o

可以看到：

最右边是源文件被翻译成可见字符，点.表示的都是不可见字符。这样看当然没有多大实际意义，但是一些输出的字符串Hello World，包括整个文件的类型ELF都是可以看到的。

readelf和objdump我们后面再说。

2、使用系统默认的汇编器as完成。

hexedit 看看：

使用 cmp 命令比较Hello.oo和Hello.o

只有极少数字符不同。可能也是格式问题。下面就要进入链接这个阶段了，本篇博客就到这里吧。

总结：上面的过程中，我们已经将`Hello.c`源程序经过`预处理`，`编译`,`汇编`阶段变成了二进制代码，这三个过程我们都是用两种方法完成的，一种是`GCC + 参数`的方法，另一种是`使用系统默认的预处理器，编译器，汇编器`。但是这两种方法都达到了我们的目的，那有关本文第二部分的问题`GCC是什么？`的答案，我之前之所以同意第三个答案：`GCC是GUN编译系统的编译驱动程序`，就是因为`GCC编译`的过程中，真正干活的还是我们系统默认的`预处理器，编译器，汇编器`,如果你还是不信，`GCC -v`显示过程看看不就好了:

我找点有用的：

这不是调用as了吗。所以请接受我的观点。好了，时间也不早了，该问问大拿困了没，结束本文之前，我再问一个问题：

我们现在得到的Hello.o是可以运行的吗？给它加上x权限试一试？