无解的博客

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wxvirus2022-05-12
2018
8.6m

C 编译、链接过程 ​

extern和static的作用 ​

static ​

1. 修饰函数 ​

static修饰函数时表示，该函数只在本文件有效，也就是只能被本文件的其他函数调，其他文件不能调用(引用)。

a.c

c
int func1(void)
{
    func(100); // 不能引用
}

b.c

c
static void func(int stu_num)
{
    // .....
}

static就像是一把锁，把函数func的有效范围锁在了b.c其他.c看不见这个函数 ，自然无法调用。

提示

因为static将函数名这个符号变成了“本地符号”，“本地符号”只在本文件可见，其他文件是看不见的。

2. 修饰变量 ​

  1. static修饰局部变量

    改变的是局部变量的存储位置，从栈变为静态存储区，与“本地符号”什么的没有关系

    c
    int func(int va)
{
    int a;
    int b = 10;

    // ...
}

    a、b为“自动局部变量”，空间开辟于栈中。

    加了static修饰

    c
    int func(int va)
{
    static int a;
    static int b = 10;

    // ...
}

    a、b变为了“静态局部变量”，a、b的空间开辟于静态存储区，而不再是栈。

    • 如果没有初始化的话，比如a就没有初始化，a的空间在静态区中的.bss区
    • 如果有初始化的话，比如b就有初始化，b的空间在静态区中的.data区

  2. static修饰全局变量

    与修饰函数一样，让全局变量只在本文件有效，其它文件无法引用。

    static修饰全局变量的时候，与全局变量的存储位置无关，全局变量的空间本来就是在静态存储区，加不加static并不能改变存储位置，static只是改变了符号的属性，变成了本地符号。

extern ​

1. 修饰函数 ​

extern修饰的函数，表示除了能被本文件引用外，还可以被其他的文件引用，在其他文件中是可见的，只不过在其他文件中引用时，需要做声明。刚好与static相反。

a.c

c
extern void func(int stu_num);

extern int a_fun(void)
{
    fun(100);
}

b.c

c
extern void fun(int stu_num)
{
    // ...
}

事实上，extern不需要明确写出，因为默认是extern的，也就是说定义和声明可以写出如下格式：

c
void func(int stu_num);

int a_fun(void)
{
    fun(100);
}
c
void fun(int stu_num)
{
    // ...
}

编译过程 ​

编译原理可以去看一本书：《现代编译原理》，有词法分析、语法分析、优化、生成中间代码

c
#include "stdio.h"

int main()
{
    printf("hello world\n");
}

源码文件 --> gcc 处理 --> elf可执行文件

有这样的一个过程：预处理、编译、汇编、链接

使用gcc命令文档https://man7.org/linux/man-pages/man1/gcc.1.html

预处理：gcc -E操作,使用预处理器 ​

-E Stop after the preprocessing stage; do not run the compiler proper. The output is in the form of preprocessed source code, which is sent to the standard output.

预处理后的文件也是一个源码文件

bash
gcc -E demo1.c -o demo1.i

# 查看文件内容
cat demo1.i

会发现有很多头文件和一些代码插入进来。

编译：gcc -S，使用编译器 ​

-S Stop after the stage of compilation proper; do not assemble. The output is in the form of an assembler code file for each non-assembler input file specified.

​

​ By default, the assembler file name for a source file is made ​ by replacing the suffix .c, .i, etc., with .s.

​ Input files that don't require compilation are ignored.

bash
gcc -S demo1.i -o demo1.s

# 生成汇编代码文件
bash
➜ file demo1.s
demo1.s: assembler source text, ASCII text

汇编：gcc -c，使用汇编器，将汇编源码转换为机器指令 ​

-c Compile or assemble the source files, but do not link. The linking stage simply is not done. The ultimate output is in the form of an object file for each source file.

​ By default, the object file name for a source file is made by ​ replacing the suffix .c, .i, .s, etc., with .o.

​ Unrecognized input files, not requiring compilation or

​ assembly, are ignored.

翻译：

编译或组装源文件，但不要链接的 连系阶段还没有完成。最终的输出是 in 每个源文件的目标文件的形式。默认情况下，源文件的对象文件名由 将后缀.c， .i， .s 等替换为.o。

无法识别的输入文件，不需要编译或

大会,将被忽略。

bash
gcc -c demo1.s -o demo1.o

➜ file demo1.o
demo1.o: Mach-O 64-bit object arm64

我这边用的是mac unix编译的，如果是 linux 则是elf可重定向文件

bash
file demo1.o
demo1.o: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), not stripped

经过上述 3 个操作之后生成的文件是ELF可重定向文件，顺带介绍一下elf文件的类型

  • REL(Relocatable file)
  • EXEC(Executable file)

链接：使用链接器 ​

主要功能：把各个模块链接起来组织成为可执行文件

如果是直接gcc demo1.c，会直接把你上述几个过程都做了直接生成可执行文件，包括现在的编辑器点击的Run运行也是这样的一个过程。

例如：

a.c b.c 源码文件
a.o b.o 目标文件
a.o b.o 一些库文件[运行库]
最后一起链接得到可执行文件

为什么要链接：因为我们某些文件里的，使用的比如：printf就是标准库提供的，链接的时候会去链接它所在的库文件。

bash
gcc demo1.o -o demo1

➜ file demo1
demo1: Mach-O 64-bit executable arm64

现在这个文件就是一个可执行文件。

直接执行

bash
./demo1
hello world

符号：Symbol

在链接中，把函数的名字，变量【全局变量】的名字都称为符号

在开发大型项目时，会把系统拆分成各个模块，去开发编写，在编译时，是单独编译成各个目标文件得到.o文件，这些模块会涉及到函数以及变量的调用【访问】，如果a.c 调用foo函数没有声明也没有定义，在b.c重定义好的foo函数，链接器会帮它去找到对应的函数地址，将各个模块链接起来。

实际上我们可以直接使用gcc demo1.c生成demo1可执行文件，加上-o可以指定对应的文件名称。

步骤总结 ​

demo.c

  1. gcc -E demo1.c -o demo1.i 源码文件
  2. gcc -S demo1.i -0 demo1.o 源码文件
  3. gcc -c demo1.s -o demo1.o 目标文件 ELF 格式存储
  4. gcc demo1.o -o demo1 可执行文件 是程序 ELF 格式存储

直接步骤：gcc demo1.c直接得到可执行文件。

目标文件/可执行文件里面的内容 ​

使用objdump -h来查看目标文件段内容

bash
objdump -h demo1.o

section header

  • .bss：未初始化数据段
  • .rodata：只读数据段
  • .text：表示的就是程序的代码段【程序指令】，就是程序的代码保存在.text段里。

简单总结：这个文件内容就是程序指令 + 程序数据构成。

使用objdump -s -d demo1.o查看指令内容

bash
demo1.o:     file format elf64-x86-64

Contents of section .text:
 0000 554889e5 bf000000 00e80000 00005dc3  UH............].
Contents of section .rodata:
 0000 68656c6c 6f20776f 726c642c 63206c61  hello world,c la
 0010 6e677561 67652063 6f726500           nguage core.
Contents of section .comment:
 0000 00474343 3a202847 4e552920 342e382e  .GCC: (GNU) 4.8.
 0010 35203230 31353036 32332028 52656420  5 20150623 (Red
 0020 48617420 342e382e 352d3434 2900      Hat 4.8.5-44).
Contents of section .eh_frame:
 0000 14000000 00000000 017a5200 01781001  .........zR..x..
 0010 1b0c0708 90010000 1c000000 1c000000  ................
 0020 00000000 10000000 00410e10 8602430d  .........A....C.
 0030 064b0c07 08000000                    .K......

Disassembly of section .text:


# 下面是程序代码段【程序指令】的内容以及对应的汇编代码
0000000000000000 <main>:
   0:	55                   	push   %rbp
   1:	48 89 e5             	mov    %rsp,%rbp
   4:	bf 00 00 00 00       	mov    $0x0,%edi
   9:	e8 00 00 00 00       	callq  e <main+0xe>
   e:	5d                   	pop    %rbp
   f:	c3                   	retq
  • file format elf64-x86-64：文件类型
  • 554889e5 bf000000 00e80000 00005dc3：程序指令的内容以 16 进制的形式显示出来，对应的十六进制0x55就是开头的部分的，对应的是程序指令的内容，它反汇编后对应的汇编指令是push %rbp
  • UH............].：这部分是程序指令对应的ASCII码文本

汇编指令内容

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