Linux系统下C/C++的编译流程与步骤

编译流程分为四个阶段：预处理、编译、汇编、链接

以Linux系统下g++编译为例：

通过g++的选项可以查看过程中的每一步

预处理：处理一些#号定义的命令或语句（如#define、#include、#ifdef等），生成.i文件

编译：进行词法分析、语法分析和语义分析等，生成.s的汇编文件

汇编：将对应的汇编指令翻译成机器指令，生成二进制.o目标文件

链接：链接分为两种

静态链接

在链接期，将静态链接库中的内容直接装填到可执行程序中。

在程序执行时，这些代码都会被装入该进程的虚拟地址空间中。

动态链接

在链接期，只在可执行程序中记录与动态链接库中共享对象的映射信息。

在程序执行时，动态链接库的全部内容被映射到该进程的虚拟地址空间。其本质就是将链接的过程推迟到运行时处理

扩展：

01   为什么要有静态链接？

在我们的实际开发中，不可能将所有代码放在一个源文件中，所以会出现多个源文件，而且多个源文件之间不是独立的，而会存在多种依赖关系，如一个源文件可能要调用另一个源文件中定义的函数，但是每个源文件都是独立编译的，即每个.c文件会形成一个.o文件，为了满足前面说的依赖关系，则需要将这些源文件产生的目标文件进行链接，从而形成一个可以执行的程序。这个链接的过程就是静态链接

由很多目标文件进行链接形成的是静态库，反之静态库也可以简单地看成是一组目标文件的集合，即很多目标文件经过压缩打包后形成的一个文件

02   静态链接的优缺点 缺点：

浪费空间，因为每个可执行程序中对所有需要的目标文件都要有一份副本，如果运行多个程序并且这些程序都对同一个目标文件有依赖，那么目标文件在内存中就会存在多个副本；

更新困难，因为每当一个依赖文件的代码修改了，这个时候就需要全部重新编译链接形成新的可执行程序。

优点：

运行速度快并且不依赖外部环境，因为在可执行程序中已经具备了所有执行程序所需要的任何东西，在执行的时候运行速度快。

注意：我们知道，链接器在链接静态链接库的时候是以目标文件为单位的。比如我们引用了静态库中的printf()函数，那么链接器就会把库中包含printf()函数的那个目标文件链接进来，如果很多函数都放在一个目标文件中，很可能很多没用的函数都被一起链接进了输出结果中。由于运行库有成百上千个函数，数量非常庞大，每个函数独立地放在一个目标文件中可以尽量减少空间的浪费，那些没有被用到的目标文件就不要链接到最终的输出文件中。

03   为什么要有动态链接？

为了解决静态链接中提到的两个问题，一方面是空间浪费，另外一方面是更新困难。

流程简介：

假设现在有两个程序program1.o和program2.o，这两者共用同一个库lib.o,假设首先运行程序program1，系统首先加载program1.o，当系统发现program1.o中用到了lib.o，即program1.o依赖于lib.o，那么系统接着加载lib.o，如果program1.o和lib.o还依赖于其他目标文件，则依次全部加载到内存中。当program2运行时，同样的加载program2.o，然后发现program2.o依赖于lib.o，但是此时lib.o已经存在于内存中，这个时候就不再进行重新加载，而是将内存中已经存在的lib.o映射到program2的虚拟地址空间中，从而进行链接.

04   动态链接的优缺点 优点：

节约内存：即使需要每个程序都依赖同一个库，但是该库不会像静态链接那样在内存中存在多分，副本，而是这多个程序在执行时共享同一份副本；

更新方便：更新时只需要替换原来的目标文件，而无需将所有的程序再重新链接一遍。当程序下一次运行时，新版本的目标文件会被自动加载到内存并且链接起来，程序就完成了升级的目标。

缺点：

性能略差：因为把链接推迟到了程序运行时，所以每次执行程序都需要进行链接，所以性能会有一定损失。

依赖外部环境：因为把链接推迟到了程序运行时，所以要保证程序运行时外部的库存在且内容正确无误。

审核编辑：郭婷