明白了，我们可以将第一篇博客改为更正式、技术性更强的风格，去掉口语化表达，突出概念和操作步骤，同时保留示例和实践指导。下面是修改后的版本：

从源代码到可执行文件：编译的四个阶段解析

一、引言

在软件开发过程中，源代码必须经过一系列处理才能成为可执行程序。以 C 语言为例，源代码文件经过预处理、编译、汇编和链接，最终生成可在特定操作系统和硬件平台上运行的二进制文件。本篇文章将系统介绍这一过程，并演示每个阶段的具体操作。

二、示例程序

本文采用最基础的示例程序：

1// main.c
2#include <stdio.h>
3
4int main() {
5    printf("Hello, world!\n");
6    return 0;
7}

该程序用于展示从源代码到可执行文件的整个流程。

三、编译的四个阶段

编译过程可以分为四个阶段：

1. 预处理（Preprocessing）

2. 编译（Compilation）

3. 汇编（Assembly）

4. 链接（Linking）

每个阶段的作用、输入输出以及对应工具如下表所示：

四、阶段一：预处理

预处理阶段的主要工作是：

• 展开 #include 指令的头文件内容；

• 替换宏定义（#define）；

• 处理条件编译指令（#ifdef / #ifndef）；

• 删除注释。

执行命令：

1gcc -E main.c -o main.i

生成的 main.i 文件为 C 语言文本，其中头文件已完全展开，宏已替换，可用于后续编译阶段。

五、阶段二：编译

编译阶段将预处理后的代码转换为汇编代码：

1gcc -S main.i -o main.s

生成的 main.s 文件示例如下（x86 架构）：

 1    .file   "main.c"
 2    .text
 3    .globl  main
 4main:
 5    pushq   %rbp
 6    movq    %rsp, %rbp
 7    leaq    .LC0(%rip), %rdi
 8    call    printf
 9    movl    $0, %eax
10    popq    %rbp
11    ret
12.LC0:
13    .string "Hello, world!"

可见：

• .text 段用于存放可执行指令；

• .string 段存放字符串常量；

• 汇编代码已经与处理器指令集相关。

六、阶段三：汇编

汇编阶段将汇编代码转换为二进制目标文件 .o：

1gcc -c main.s -o main.o

通过 nm 命令查看符号表：

1nm main.o

示例输出：

0000000000000000 T main
                 U printf

说明：

• T main 表示函数 main 定义在 text 段；

• U printf 表示符号 printf 未定义，需在链接阶段解析。

七、阶段四：链接

链接阶段将目标文件与所需库文件合并，生成最终可执行文件：

1gcc main.o -o main

此时，链接器完成以下操作：

• 符号解析，将未定义符号与库函数匹配；

• 地址分配，将各段放置在内存中的具体位置；

• 重定位，修正函数调用和数据访问的地址。

执行程序：

1./main

输出：

Hello, world!

表示程序成功生成并运行。

八、可执行文件结构

Linux 系统下，可执行文件采用 ELF（Executable and Linkable Format）格式。可以使用以下命令查看结构：

1readelf -S main

示例输出（部分）：

Section Headers:
  [Nr] Name      Type
  [ 1] .text     PROGBITS
  [ 2] .rodata   PROGBITS
  [ 3] .data     PROGBITS
  [ 4] .bss      NOBITS
  [ 5] .symtab   SYMTAB
  [ 6] .strtab   STRTAB

各段说明：

九、编译流程图

 ┌────────────┐
 │  main.c    │
 └────┬───────┘
      │ gcc -E
      ▼
 ┌────────────┐
 │  main.i    │ ← 预处理输出
 └────┬───────┘
      │ gcc -S
      ▼
 ┌────────────┐
 │  main.s    │ ← 汇编代码
 └────┬───────┘
      │ gcc -c
      ▼
 ┌────────────┐
 │  main.o    │ ← 目标文件
 └────┬───────┘
      │ gcc
      ▼
 ┌────────────┐
 │  main      │ ← 可执行文件
 └────────────┘

十、总结

本文介绍了 C 语言编译的四个阶段：

1. 预处理：宏替换与头文件展开

2. 编译：C 代码转汇编代码

3. 汇编：汇编代码生成目标文件

4. 链接：目标文件与库合并生成可执行文件

最后修改于 2025-12-29 10:37