编译和链接【一】

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编译和链接【一】
- 从翻译单元到二进制文件

编译和链接【一】

在我大一的时候，我使用VC6.0对C语言程序进行编译链接和运行，然后我接触了VS， VS code等众多IDE，这些IDE界面友好，使用方便，例如我最喜欢的VS，一键编译运行。对于大一的我，不需要了解编译的整个过程就可以运行，这无疑是非常棒的，并且增加了我对编程的兴趣，同时也简化了我后续的软件开发，我只需要关心业务和功能代码即可。

但是今天，我不想“逃课了”，欢迎来到我的频道，本节将会介绍编译中的一系列细节。

在正式开始之前，我要推荐两本书，一本是《程序员的自我修养》，另一本是《鲸书》，这两本书对编译的整个过程做了非常详细，非常完备的介绍，但是恰恰如此，我想很多时候，很多知识在工作上是用不到的，也许这句话在很多年多的我会反驳，但是站在工作一年的现在，我将会给你介绍，我所了解的编译和链接。

从翻译单元到二进制文件

在程序的编译过程中，其实就是把我们所写的代码翻译成CPU能够识别和运行的二进制机器指令，具体指令需要查阅相关架构的指令集，如x86,Arm等。

这里给出一个简单的源程序

header.h

#pragma once#include <string> void say(std::string);

source.cpp

#include "header.h"#include <iostream>void say(std::string ctx)
{std::cout << ctx << std::endl;
}

main.cpp

#include "header.h"#include <iostream>using namespace std;int main()
{say("hello");return 0;
}

在上面的程序中，我们有三个文件：header.h， source.cpp， main.cpp。

在main.cpp中，我们定义的项目的入口函数int main()，在这个函数里，我们调用了say函数，而这个函数在header.h文件中声明。

在编译的时候，编译器会检查我们源程序的语法，例如：参数类型，返回结果，函数签名等，这里有一个c++的name mangling规则，以后会详细解释。

以上就是一个典型的C++程序，我们可以把source.cpp和header.h视为某个模块或者某个功能库，其他模块想要调用这个say函数，则要先包含头文件即可，在Ubuntu上，编译指令为：

g++ main.cpp source.cpp

我们在终端上查看可执行文件的信息
在这里插入图片描述

查看文件的section header
在这里插入图片描述

典型的段有：代码段，数据段，BSS段和只读段等，每个section都有一个section header来描述，其中包括：段名，类型，起始地址，段偏移和大小。

将这些section headers集中在一起，就是section header table，也就是所谓的节头表，通过节头表，可以看出一个可执行文件的基本构成，当然，还有linux系统必备的ELF header，用来描述文件类型，运行的平台，入口地址等。当程序运行的时候，加载器会根据这些此文件头来获取可执行文件的信息。

而所谓的编译，就是将源程序的函数、变量等信息分类组合，放在各个段中，比如说：字符串常量放在只只读数据段（rodata），如果编译时，添加debug信息，那么还会有一个debug section，用来保存可执行文件中每一条二进制指令对应的源码位置信息，GDB就可以根据这些信息来进行调试，最后，编译器还会添加一些额外的seciont，比如说init 段，用来初始化运行库的汇编代码，程序运行所需要的环境。

在这里插入图片描述