目錄

• 一、可執行程序是如何被組裝的？
• • 0）引言
  • 1）生成靜態庫 .a 靜態庫
  • 2）生成 .so 動態庫
  • 3）小結
• 二、探究 nasm 匯編器與 gcc 編譯的區別
• • 0）引言
  • 1）用 nasm 匯編編輯器編譯 .asm 文件
  • 2）用 gcc 編譯 .c 文件
  • 3）小結
• 三、了解程序如何借助第三方庫函數
• • 0）引言
  • 1）測試 telnet 協議
  • 2）安裝 curses 庫
  • 3）用 gcc 將 curses 庫鏈接到 c 文件中
  • 4）小結
• 四、參考資料

說明：本實驗均在 Ubuntu 64 操作系統下進行的，有關 ubuntu 的安裝請參考：VMware安裝Ubuntu 18.04（必會）

一、可執行程序是如何被組裝的？

①寫三個 .c 文件并編譯生成靜態庫，并用 ar 鏈接 main.c 文件，生成最終的可執行程序，記錄文件的大小。
②將目標文件生成動態庫文件, 然后用 gcc 將鏈接 main.c 函數生成可執行文件，記錄文件的大小，并與之前做對比。

0）引言

gcc 可以將C文件編譯成可執行文件，可是追根究底，C文件是如何被組裝成可執行文件呢？接下來我們就一起探究一下，相信一定會見到另一番風景。

1）生成靜態庫 .a 靜態庫

第一步：準備4個C語言文件
創建一個文件夾 test1 用來儲存C文件，再切換到該文件工作目錄下。

mkdir test1 cd test1

使用 nano 編輯器，編寫4個C語言文件。

注：若沒有安裝 nano 編輯器，可以輸入命令：sudo apt install nano 進行安裝。

x2x.c

//加法運算 #include <stdio.h> void x2x(int x,int y){int m = x + y;printf("x+y=%d\n",m); }

x2y.c

//減法運算 #include <stdio.h> void x2y(int x,int y){int m = x + y;printf("x-y=%d\n",m); }

xy.h

#ifndef XY_H #define XY_H void x2x(int,int); void x2y(int,int); #endif

main.c

#include "xy.h" int main(){x2x(236,524);x2y(513,145); }

第二步：生成 .a 靜態庫文件
先用 gcc 將三個 .c 文件編譯為3個 .o 目標文件。

gcc -c x2x.c x2y.c main.c ls

可見有個3個 .o 文件了。
然后將 x2x.o 和 x2y.o 目標文件用 ar 工具生成1個 .a 靜態庫文件。

靜態庫：靜態庫文件命名規范是以 lib 為前綴，緊接著跟靜態庫名，擴展名為 .a。例如：創建的靜態庫名為 afile ，則靜態庫文件名就是 libafile.a 。

ar -crv libafile.a x2x.o x2y.o ls

可以看見有了一個 libafile.a 靜態庫文件了。
第三步：鏈接靜態庫文件
用 gcc 將 main 函數的目標文件（main.o）與此靜態庫文件（libafile.a）進行鏈接。
方法一：

gcc -o test main.c -L. -lafile

方法二：

gcc main.c libafile.a -o test

方法三：
先生成 main.o ：

gcc -c main.c

再生成可執行文件：

gcc -o test main.o libafile.a

執行結果：

./test

使用命令 ls -lht 或者 ll 可以查看文件夾內的所有文件大小，記下來。

size test

可以看到 test 文件的大小。

說明：即使刪掉 libafile.a 靜態庫文件，test 可執行文件照常運行，說明靜態庫中的公用函數已經鏈接到 .o 目標文件中了

2）生成 .so 動態庫

動態庫文件名命名規范和靜態庫一樣，只不過文件擴展名為 .so 了。例如：動態庫名為 sofile ，則動態庫文件名就是 libsofile.so 。

第一步：生成 .so 動態庫文件
刪除靜態庫文件和可執行文件，只保留目標文件。

rm -f libafile.a test ls

由 .o 目標文件創建動態庫文件。

gcc -shared -fpic -o libsofile.so x2x.o x2y.o （-o 不可少）

可以看見，生成了動態庫文件 libsofile.so 。
第二步：鏈接動態庫文件
生成可執行文件 test 。

gcc main.c libsofile.so -o test

運行它。

./test

阿歐！出錯了！別急，這是因為雖然 main.c 鏈接的是當前目錄的動態庫，但是運行時，是到 /usr/lib 文件下找庫文件，所以將文件 libsofile.so 復制到目錄 /usr/lib 中就 OK 啦。
首先切換到 root 用戶。

su （輸入密碼后，敲回車）

注意：若第一次使用 root 用戶，要先激活，使用命令：sudo passwd root
然后連續輸入兩個密碼即可

移動 .so 動態庫文件并執行 test 文件。

mv libsofile.so /usr/lib exit （退出 root 用戶） ./test

可以看見終于成功執行了，沒有錯誤！
現在來看一下最終的可執行文件有多大？

可以看到 test 的大小，與之前用靜態庫鏈接生成的 test 可執行文件的大小差不太多。

3）小結

根據以上情況來說，函數庫分為靜態庫和動態庫兩種。靜態庫在程序編譯的時候會鏈接到目標代碼中，但是運行的時候不再需要靜態庫了；動態庫在程序編譯的時候不會被鏈接到目標代碼中，而是程序在運行的時候才會被載入。當動態庫和靜態庫同時存在同一個文件夾中時，gcc 會優先鏈接動態庫，所以最終的可執行文件的大小差不了多少，而在程序運行時還是需要動態庫的存在。

二、探究 nasm 匯編器與 gcc 編譯的區別

①as 匯編編譯器針對的是 AT&T 匯編代碼風格， Intel 風格的匯編代碼則可以用 nasm 匯編編譯器編譯生成執行程序。
②在 ubuntu 中下載安裝 nasm ，對示例代碼“ hello.asm ”編譯生成可執行程序，并與“ hello world ”C 代碼的編譯生成的程序大小進行對比。

0）引言

GCC（GNU C Compiler）是編譯工具，其背后有多個編輯器和工具，分別介紹如下：

• addr2line：用來將程序地址轉換成其所對應的程序源文件及所對應的代碼行也可以得到所對應的函數。該工具將幫助調試器在調試的過程中定位對 應的源代碼位置。
• as：主要用于匯編。
• ld：主要用于鏈接。
• ar：主要用于創建靜態庫。
• ldd：可以用于查看一個可執行程序依賴的共享庫。
• objcopy：將一種對象文件翻譯成另一種格式，譬如將 .bin 轉換成 .elf 或者將.elf 轉換成.bin 等。
• objdump：主要的作用是反匯編。
• readelf：顯示有關 ELF 文件的信息。
• size：列出可執行文件每個部分的尺寸和總尺寸，代碼段、數據段、總大小 等。

1）用 nasm 匯編編輯器編譯 .asm 文件

第一步：安裝 nasm 匯編編譯器。

sudo apt install nasm

第二步：hello.asm 文件。

nano hello.asm

hello.asm

; hello.asm section .data ; 數據段聲明msg db "Hello, world!", 0xA ; 要輸出的字符串len equ $ - msg ; 字串長度 section .text ; 代碼段聲明 global _start ; 指定入口函數 _start: ; 在屏幕上顯示一個字符串mov edx, len ; 參數三：字符串長度mov ecx, msg ; 參數二：要顯示的字符串mov ebx, 1 ; 參數一：文件描述符(stdout) mov eax, 4 ; 系統調用號(sys_write) int 0x80 ; 調用內核功能; 退出程序mov ebx, 0 ; 參數一：退出代碼mov eax, 1 ; 系統調用號(sys_exit) int 0x80 ; 調用內核功能

第三步：使用 nasm 編譯
接下來我們就用 nasm 編譯 hello.asm 文件生成 .o 目標文件，再用 ld 工具鏈接生成可執行文件并執行該文件。

nasm -felf64 hello.asm （我們ubuntu是64位操作系統，如果你的是32位，則用 -felf） ld -o hello -e _start hello.o ./hello

查看 hello 可執行文件的大小。

size hello

我天，這么小！比第一部分使用 ar 、gcc 編譯成靜態庫、動態庫，再鏈接成可執行文件都要小得多。
我們再來看看有沒有鏈接動態庫。

ldd hello

可以發現，并沒有鏈接動態庫。由鏈接器鏈接生成的最終文件為 ELF 格式的可執行文件，一個 ELF 可執行文件通常被鏈接為不同的段，常見的段譬如 .text 、.data 、.rodata 、.bss等段。若有興趣深入了解 ELF 文件，可以閱讀：ELF 文件格式的詳解
asm 文件生成的可執行文件為什么這么小呢？如果有興趣深入學習，可以參考：創建超小的ELF可執行文件（真是變態）

2）用 gcc 編譯 .c 文件

第一步：新建一個 helloworld.c 文件。

nano helloworld.c

helloworld.c

#include <stdio.h> int main(void){printf("Hello World!\n");return 0; }

第二步：預處理

問題：預處理都在做什么內容呢？

將所有的#define 刪除，并且展開所有的宏定義，并且處理所有的條件預編 譯指令，比如#if #ifdef #elif #else #endif 等。

處理#include 預編譯指令，將被包含的文件插入到該預編譯指令的位置。

刪除所有注釋“//”和“/* */”。

添加行號和文件標識，以便編譯時產生調試用的行號及編譯錯誤警告行號。

保留所有的#pragma 編譯器指令，后續編譯過程需要使用它們。

接下來就來開始使用預處理命令：

gcc -E helloworld.c -o helloworld.i

該 .i 文件可以打開看。

第三步：編譯

編譯過程就是對預處理完的文件進行一系列的詞法分析，語法分析，語義分析及 優化后生成相應的匯編代碼。

使用編譯命令：

gcc -S helloworld.i -o helloworld.s

該 .s 文件可以打開看，是匯編語言。

第四步：匯編

匯編過程調用對匯編代碼進行處理，生成處理器能識別的指令，保存在后綴為.o 的目標文件中。

使用匯編命令：

gcc -c helloworld.s -o hello.o

或者

as -c helloworld.s -o hello.o

第五步：鏈接

將 .o 文件鏈接生成可執行文件，并執行程序。

gcc helloworld.o -o helloworld ./helloworld

注：該鏈接語句默認鏈接動態庫，如果要鏈接靜態庫，使用命令：gcc -static helloworld.c -o helloworld

看一下文件大小

size helloworld

相比于 nasm 編譯 .asm 文件，gcc 編譯鏈接生成的可執行文件要大得多。
再看看有沒有鏈接動態庫文件。

ldd helloworld

可以發現有鏈接動態庫文件。
再來試試用 gcc 將靜態庫加入到可執行文件中去。

gcc -static helloworld.c -o helloworld （鏈接） ./helloworld （執行程序） sieze helloworld （查看文件大小） ldd helloworld （查看鏈接庫文件情況）

可以發現大得多了！！！并沒有鏈接動態庫文件。

3）小結

用 nasm 匯編 Intel 風格的匯編代碼，再鏈接成可執行文件，可以發現文件是極小的，而用 gcc 鏈接到動態庫是比較大的，更突然的是將靜態庫文件加入的最終的可執行文件是大得多的，這也是合理的，畢竟將那么多庫文件加入到最終的可執行文件。

三、了解程序如何借助第三方庫函數

0）引言

每一個程序背后都站著一堆優秀的代碼庫，了解實際程序是如何借助第三方庫函數的。

1）測試 telnet 協議

TELNET 協議是 Internet 遠程登錄服務的標準協議和主要方式，是 TCP/IP 協議族中的一員。有關它的詳細介紹請參考：TELNET協議

接下來就來了解下如何打開 telnet 協議。

首先，Win10系統下，打開 “ 控制面板 ” 后，點擊 “ 程序 ”。

點擊 “ 啟用或關閉 Windows 功能 ”。

勾選上 “ Telent Client ” 功能。

勾選 “ 適用于 Linux 的 Windows 子系統 ”。（后續要用到）

重新啟動后，即可完成配置。
然后打開Windows 的 cmd 命令行執行命令：

telnet bbs.newsmth.net

顯示如上，說明 telnet 功能正常，這是一個命令行腳本的游戲，使用 telnet 協議遠程訪問上了。

2）安裝 curses 庫

在 Ubuntu 系統使用命令行安裝 curses 庫

sudo apt-get install libcourses5-dev

安裝好了后，查看一下安裝目錄，使用命令：

whereis curses.h whereis libncurses

可以看見頭文件 curses.h 是在目錄：/usr/include 下的，而靜態庫和動態庫都是在目錄：/usr/lib/x86_64-gnu 下的。

3）用 gcc 將 curses 庫鏈接到 c 文件中

首先編寫一個貪吃蛇游戲的 C 文件，代碼如下。
snake.c

//mysnake1.0.c //編譯命令：cc mysnake1.0.c -lcurses -o mysnake1.0 //用方向鍵控制蛇的方向 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <curses.h> #include <signal.h> #include <sys/time.h> #define NUM 60struct direct //用來表示方向的 {int cx;int cy; }; typedef struct node //鏈表的結點 {int cx;int cy;struct node *back;struct node *next; }node;void initGame(); //初始化游戲 int setTicker(int); //設置計時器 void show(); //顯示整個畫面 void showInformation(); //顯示游戲信息（前兩行） void showSnake(); //顯示蛇的身體 void getOrder(); //從鍵盤中獲取命令 void over(int i); //完成游戲結束后的提示信息void creatLink(); //（帶頭尾結點）雙向鏈表以及它的操作 void insertNode(int x, int y); void deleteNode(); void deleteLink();int ch; //輸入的命令 int hour, minute, second; //時分秒 int length, tTime, level; //（蛇的）長度，計時器，（游戲）等級 struct direct dir, food; //蛇的前進方向，食物的位置 node *head, *tail; //鏈表的頭尾結點int main() {initscr();initGame();signal(SIGALRM, show);getOrder();endwin();return 0; }void initGame() {cbreak(); //把終端的CBREAK模式打開noecho(); //關閉回顯curs_set(0); //把光標置為不可見keypad(stdscr, true); //使用用戶終端的鍵盤上的小鍵盤srand(time(0)); //設置隨機數種子//初始化各項數據hour = minute = second = tTime = 0;length = 1;dir.cx = 1;dir.cy = 0;ch = 'A';food.cx = rand() % COLS;food.cy = rand() % (LINES-2) + 2;creatLink();setTicker(20); }//設置計時器（這個函數是書本上的例子，有改動） int setTicker(int n_msecs) {struct itimerval new_timeset;long n_sec, n_usecs;n_sec = n_msecs / 1000 ;n_usecs = ( n_msecs % 1000 ) * 1000L ;new_timeset.it_interval.tv_sec = n_sec; new_timeset.it_interval.tv_usec = n_usecs; n_msecs = 1;n_sec = n_msecs / 1000 ;n_usecs = ( n_msecs % 1000 ) * 1000L ;new_timeset.it_value.tv_sec = n_sec ; new_timeset.it_value.tv_usec = n_usecs ; return setitimer(ITIMER_REAL, &new_timeset, NULL); }void showInformation() {tTime++;if(tTime >= 1000000) //tTime = 0;if(1 != tTime % 50)return;move(0, 3); //顯示時間printw("time: %d:%d:%d %c", hour, minute, second);second++;if(second > NUM){second = 0;minute++;}if(minute > NUM){minute = 0;hour++;}//顯示長度，等級move(1, 0);int i;for(i=0;i<COLS;i++)addstr("-");move(0, COLS/2-5);printw("length: %d", length);move(0, COLS-10);level = length / 3 + 1;printw("level: %d", level); }//蛇的表示是用一個帶頭尾結點的雙向鏈表來表示的， //蛇的每一次前進，都是在鏈表的頭部增加一個節點，在尾部刪除一個節點 //如果蛇吃了一個食物，那就不用刪除節點了 void showSnake() {if(1 != tTime % (30-level))return;//判斷蛇的長度有沒有改變bool lenChange = false;//顯示食物move(food.cy, food.cx);printw("@");//如果蛇碰到墻，則游戲結束if((COLS-1==head->next->cx && 1==dir.cx)|| (0==head->next->cx && -1==dir.cx)|| (LINES-1==head->next->cy && 1==dir.cy)|| (2==head->next->cy && -1==dir.cy)){over(1);return;}//如果蛇頭砬到自己的身體，則游戲結束if('*' == mvinch(head->next->cy+dir.cy, head->next->cx+dir.cx) ){over(2);return;}insertNode(head->next->cx+dir.cx, head->next->cy+dir.cy);//蛇吃了一個“食物”if(head->next->cx==food.cx && head->next->cy==food.cy){lenChange = true;length++;//恭喜你，通關了if(length >= 50){over(3);return;}//重新設置食物的位置food.cx = rand() % COLS;food.cy = rand() % (LINES-2) + 2;}if(!lenChange){move(tail->back->cy, tail->back->cx);printw(" ");deleteNode();}move(head->next->cy, head->next->cx);printw("*"); }void show() {signal(SIGALRM, show); //設置中斷信號showInformation();showSnake();refresh(); //刷新真實屏幕 }void getOrder() {//建立一個死循環，來讀取來自鍵盤的命令while(1){ch = getch();if(KEY_LEFT == ch){dir.cx = -1;dir.cy = 0;}else if(KEY_UP == ch){dir.cx = 0;dir.cy = -1;}else if(KEY_RIGHT == ch){dir.cx = 1;dir.cy = 0;}else if(KEY_DOWN == ch){dir.cx = 0;dir.cy = 1;}setTicker(20);} }void over(int i) {//顯示結束原因move(0, 0);int j;for(j=0;j<COLS;j++)addstr(" ");move(0, 2);if(1 == i)addstr("Crash the wall. Game over");else if(2 == i)addstr("Crash itself. Game over");else if(3 == i)addstr("Mission Complete");setTicker(0); //關閉計時器deleteLink(); //釋放鏈表的空間 }//創建一個雙向鏈表 void creatLink() {node *temp = (node *)malloc( sizeof(node) );head = (node *)malloc( sizeof(node) );tail = (node *)malloc( sizeof(node) );temp->cx = 5;temp->cy = 10;head->back = tail->next = NULL;head->next = temp;temp->next = tail;tail->back = temp;temp->back = head; }//在鏈表的頭部（非頭結點）插入一個結點 void insertNode(int x, int y) {node *temp = (node *)malloc( sizeof(node) );temp->cx = x;temp->cy = y;temp->next = head->next;head->next = temp;temp->back = head;temp->next->back = temp; }//刪除鏈表的（非尾結點的）最后一個結點 void deleteNode() {node *temp = tail->back;node *bTemp = temp->back;bTemp->next = tail;tail->back = bTemp;temp->next = temp->back = NULL;free(temp);temp = NULL; }//刪除整個鏈表 void deleteLink() {while(head->next != tail)deleteNode();head->next = tail->back = NULL;free(head);free(tail); }

用 gcc 將 curses 庫鏈接到可執行文件 snake 中。

gcc mysnake1.0.c -lcurses -o mysnake1.0

編譯生成了一個可執行文件 snake 。

運行一下程序。

./snake

4）小結

該部分主要了解一下如何將一個 curses 庫鏈接到 C 文件，然后生成可執行文件。總體來說，gcc 編譯工具集還是十分強大的，專用于 C 語言的各種編譯。

四、參考資料

1、Linux 環境下 C 語言編譯實現貪吃蛇游戲
2、下面這個是我這篇文章的重要參考資料，有興趣可以閱讀。
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1PrfV1s4QHNQViVCUbCB-iw
提取碼：ukdm

總結

以上是生活随笔為你收集整理的揭开 gcc 编辑器的面貌的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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