【Make编译控制 01】程序编译与执行

目录

一、编译原理概述

二、编译过程分析

三、编译动静态库

四、执行过程分析

一、编译原理概述

make： 一个GCC工具程序，它会读 makefile 脚本来确定程序中的哪个部分需要编译和连接，然后发布必要的命令。它读出的脚本（叫做 makefile 或 Makefile）定义了文件关系和依赖关系。

# 查看GCC默认头文件搜索路径echo | gcc -v -x c -E -
#include <stdio.h>int main()
{printf("hello, world\n");return 0;
}

hello 程序的生命周期是从一个源程序（或者说源文件）开始的，即程序员通过编辑器创建并保存的文本文件，文件名是 hello.c。源程序实际上就是一个由值 0 和 1组成的位（又称为比特）序列，8 个位被组织成一组，称为字节。每个字节表示程序中的某些文本字符。

大部分计算机使用 ASCII 标准来表示文本字符：

  • 用一个唯一的单字节大小的整数值息来表示每个字符
  • hello.c 程序是以字节序列的方式储存在文件中的

hello.c 的表示方法说明了一个基本思想：系统中所有的信息——包括磁盘文件、内存中的程序、内存中存放的用户数据以及网络上传送的数据，都是由一串比特表示的。

二、编译过程分析

hello 程序的生命周期从一个高级 C 语言程序开始。

为了在系统上运行 hello.c 程序，每条 C 语句都必须被其他程序转化为一系列的低级机器语言指令。

然后这些指令按照一种称为可执行目标程序的格式打好包，并以二进制磁盘文件的形式存放起来。

GCC 编译器读取源程序文件 hello.c，并把它翻译成一个可执行目标文件 hello。这个翻译过程可分为四个阶段完成，如下图所示：

执行这四个阶段的程序（预处理器、编译器、汇编器和链接器）一起构成了编译系统（compilation system）。

# 预处理 Preprocessing
# -E 选项告诉编译器只进行预处理操作
# -o 选项把预处理的结果输出到指定文件(base) [root@localhost 01_test]# vim hello.c 
(base) [root@localhost 01_test]# cat hello.c 
#include <stdio.h>int main()
{printf("hello, world\n");return 0;
}
(base) [root@localhost 01_test]# gcc -E hello.c -o hello.i
(base) [root@localhost 01_test]# ls
hello.c  hello.i
(base) [root@localhost 01_test]#
# 生成汇编语言 Generating Assembly Language
# -S 选项告诉编译器，进行预处理和编译成汇编语言操作(base) [root@localhost 01_test]# gcc -S hello.i -o hello.s
(base) [root@localhost 01_test]# ls
hello.c  hello.i  hello.s
(base) [root@localhost 01_test]# cat hello.s.file   "hello.c".section        .rodata
.LC0:.string "hello, world".text.globl  main.type   main, @function
main:
.LFB0:.cfi_startprocpushq   %rbp.cfi_def_cfa_offset 16.cfi_offset 6, -16movq    %rsp, %rbp.cfi_def_cfa_register 6movl    $.LC0, %edicall    putsmovl    $0, %eaxpopq    %rbp.cfi_def_cfa 7, 8ret.cfi_endproc
.LFE0:.size   main, .-main.ident  "GCC: (GNU) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44)".section        .note.GNU-stack,"",@progbits
(base) [root@localhost 01_test]# 
# 源程序编译为目标程序 Source File to Object File
# -c 选项告诉编译器，将源代码或汇编代码翻译成二进制机器代码(base) [root@localhost 01_test]# ls
hello.c  hello.i  hello.s
(base) [root@localhost 01_test]# gcc -c hello.s -o hello.o
(base) [root@localhost 01_test]# ls
hello.c  hello.i  hello.o  hello.s
(base) [root@localhost 01_test]# cat hello.o
ELF>�@@
UH����]�hello, worldGCC: (GNU) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44)zRx
P                                                                 A�C
��      hello.cmainputs�������� .symtab.strtab.shstrtab.rela.text.data.bss.rodata.comment.note.GNU-stack.rela.eh_frame @�0
90b.B�W�R@
��0a(base) [root@localhost 01_test]# 

# 可执行文件生成 Executable
# -o 选项告诉编译器生成可执行文件(base) [root@localhost 01_test]# ls
hello.c  hello.i  hello.o  hello.s
(base) [root@localhost 01_test]# gcc hello.o -o hello
(base) [root@localhost 01_test]# ls
hello  hello.c  hello.i  hello.o  hello.s
(base) [root@localhost 01_test]# ./hello 
hello, world
(base) [root@localhost 01_test]#
# 我们也可以直接将源代码生成可执行文件
# 可以单个源文件生成可执行文件，也可以多个源文件生成可执行文件(base) [root@localhost 01_test]# gcc hello.c -o hello
(base) [root@localhost 01_test]# ls
hello  hello.c
(base) [root@localhost 01_test]# ./hello
hello, world
(base) [root@localhost 01_test]#

源文件.c文件 -> 预编译成.i文件 -> 编译成汇编语言.s -> 汇编成.o文件 -> 链接成可执行文件。

三、编译动静态库

# 创建一个静态库 Create a Static Lib# 编译成 .o 文件
gcc -c [.c] -o [自定义文件名] 
gcc -c [.c] [.c] ...# 编静态库
ar -r [lib自定义库名.a] [.o] [.o] ...# 链接成可执行文件
gcc [.c] [.a] -o [自定义输出文件名]
gcc [.c] -o [自定义输出文件名] -l[库名] -L[库所在路径](base) [root@localhost 02_test]# vim add.c
(base) [root@localhost 02_test]# vim minus.c
(base) [root@localhost 02_test]# cat add.c
int add(int a, int b) {return a + b;
}
(base) [root@localhost 02_test]# cat minus.c
int minus(int a, int b) {return a - b;
}
(base) [root@localhost 02_test]# vim main.c
(base) [root@localhost 02_test]# cat main.c
#include <stdio.h>int add(int a, int b);
int minus(int a, int b);int main() {int a = 10;int b = 5;printf("a + b = %d\n", add(a, b));printf("a - b = %d\n", minus(a, b));return 0;
}
(base) [root@localhost 02_test]# gcc -c add.c -o add.o
(base) [root@localhost 02_test]# gcc -c minus.c -o minus.o
(base) [root@localhost 02_test]# ar -r mymathlib.a add.o minus.o
ar: 正在创建 mymathlib.a
(base) [root@localhost 02_test]# gcc main.c mymathlib.a -o math.exe
(base) [root@localhost 02_test]# ./math.exe 
a + b = 15
a - b = 5
(base) [root@localhost 02_test]#
# 创建一个动态库 Create a Shared Lib# 编译成二进制 .o 文件
gcc -c -fpic [.c/.cpp][.c/.cpp]... # 编动态库
gcc -shared [.o][.o]... -o [lib自定义库名.so]# 链接库到可执行文件
gcc [.c/.cpp] -o [自定义可执行文件名]  -l[库名] -L[库路径]# 告诉编译器动态库的位置
# 1. 安装，不建议往系统库添加头文件
# 2. 添加环境变量，重启后无效
# 3. 配置 /etc/ld.so.conf.d 文件，永久有效
# 4. 建立软链接，永久有效(base) [root@localhost 02_test]# gcc -c -fpic add.c minus.c 
(base) [root@localhost 02_test]# ls
add.c  add.o  main.c  minus.c  minus.o
(base) [root@localhost 02_test]# gcc -shared add.o minus.o -o libmymathlib.so
(base) [root@localhost 02_test]# ls
add.c  add.o  libmymathlib.so  main.c  minus.c  minus.o
(base) [root@localhost 02_test]# gcc main.c -o math -lmymathlib -L.
(base) [root@localhost 02_test]# ls
add.c  add.o  libmymathlib.so  main.c  math  minus.c  minus.o
(base) [root@localhost 02_test]# ./math
./math: error while loading shared libraries: libmymathlib.so: cannot open shared object file: No such file or directory
(base) [root@localhost 02_test]# pwd
/root/gitee/Test/Make_Learn/02_test
(base) [root@localhost 02_test]# rm math
rm：是否删除普通文件 "math"？y
(base) [root@localhost 02_test]# gcc main.c -o math -lmymathlib -L/root/gitee/Test/Make_Learn/02_test
(base) [root@localhost 02_test]# ./math
./math: error while loading shared libraries: libmymathlib.so: cannot open shared object file: No such file or directory
(base) [root@localhost 02_test]# ln -s ./libmymathlib.so /lib64/libmymathlib.so
(base) [root@localhost 02_test]# ./math 
./math: error while loading shared libraries: libmymathlib.so: cannot open shared object file: Error 40
(base) [root@localhost 02_test]# pwd
/root/gitee/Test/Make_Learn/02_test
(base) [root@localhost 02_test]# ls /lib64/libmymathlib.so 
ls: 无法访问/lib64/libmymathlib.so: 符号连接的层数过多
(base) [root@localhost 02_test]# rm -rf /lib64/libmymathlib.so 
(base) [root@localhost 02_test]# ln -s /root/gitee/Test/Make_Learn/02_test/libmymathlib.so /lib64/libmymathlib.so
(base) [root@localhost 02_test]# ./math 
a + b = 15
a - b = 5
(base) [root@localhost 02_test]#

四、执行过程分析

第一步：

  • shell 等待我们输入一个命令
  • 当我们在键盘上输入字符串"./hello"（注意这里是编译好的可执行目标文件）后
  • shell 程序将字符逐一读入寄存器
  • 再把它存放到内存中

第二步：

  • 当我们在键盘上敲回车键时，shell 程序就知道我们已经结束了命令的输人
  • 然后 shell 执行一系列指令来加载可执行的 hello 文件
  • 这些指令将 hello 目标文件中的代码和数据从磁盘复制到主存
  • 数据包括最终会被输出的字符串"hello，world\n"

第三步：

  • 一旦目标文件 hello 中的代码和数据被加载到主存
  • 处理器就开始执行 hello 程序的 main 程序中的机器语言指令
  • 这些指令将 "hello，world\n" 字符串中的字节从主存复制到寄存器文件
  • 再从寄存器文件中复制到显示设备，最终显示在屏幕上

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