C 或者 C++ 程序從源代碼生成可執(zhí)行程序的過程，需經(jīng)歷 4 個(gè)過程，分別是預(yù)處理、編譯、匯編和鏈接。

同樣，使用 GCC 編譯器編譯 C 或者 C++ 程序，也必須要經(jīng)歷這 4 個(gè)過程。但考慮在實(shí)際使用中，用戶可能并不關(guān)心程序的執(zhí)行結(jié)果，只想快速得到最終的可執(zhí)行程序，因此 gcc 和 g++ 都對(duì)此需求做了支持。

#include <iostream>int main()
{std::cout << "hello,world" << std::endl;return 0;
}

編寫如下指令并執(zhí)行

wohu@ubuntu:~/cpp/src$ g++ test.cpp 
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
a.out  test.cpp

同樣，GCC 編譯器會(huì)在當(dāng)前目錄下生成一個(gè)名為 a.out 的可執(zhí)行文件（如果之前有同名文件，舊文件會(huì)被覆蓋）。通過如下指令即可運(yùn)行該文件：

wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ./a.out 
hello,world
wohu@ubuntu:~/cpp/src$

注意，gcc 或者 g++ 指令還支持用戶手動(dòng)指定最終生成的可執(zhí)行文件的文件名，

wohu@ubuntu:~/cpp/src$ g++ test.cpp  -o main
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
a.out  main  test.cpp
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ./main 
hello,world
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ 

其中 -o 選項(xiàng)用于指定要生成的文件名，例如 -o main 即表示將生成的可執(zhí)行文件名設(shè)為 main。

1. gcc -o選項(xiàng)

gcc -o 選項(xiàng)用來指定輸出文件，如果不使用 -o 選項(xiàng)，那么將采用默認(rèn)的輸出文件。例如默認(rèn)情況下，生成的可執(zhí)行文件的名字默認(rèn)為 a.out。

如下是 gcc -o 指令的使用語法格式：

gcc [-E|-S|-c] [infile] [-o outfile]

其中，用方括號(hào) [] 括起來的部分可以忽略。

• [infile] 表示輸入文件（也即要處理的文件），它可以是源文件、匯編文件或者目標(biāo)文件；
• [outfile] 表示輸出文件（也即處理的結(jié)果），可以是預(yù)處理文件、目標(biāo)文件、可執(zhí)行文件等；

值得一提的是，通常情況下 [infile] 處放置一個(gè)文件，但根據(jù)實(shí)際需要也可以放置多個(gè)文件，表示有多個(gè)輸入文件。

注意，雖然我們僅編寫了一條 gcc 或者 g++ 指令，但其底層依據(jù)是按照預(yù)處理、編譯、匯編、鏈接的過程將 C 、C++ 程序轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓤?zhí)行程序的。而本應(yīng)在預(yù)處理階段、編譯階段、匯編階段生成的中間文件，此執(zhí)行方式默認(rèn)是不會(huì)生成的，只會(huì)生成最終的 a.out 可執(zhí)行文件（除非為 gcc 或者 g++ 額外添加 -save-temps 選項(xiàng)）。

查看該過程中產(chǎn)生的中間文件。如此，上面介紹的執(zhí)行方式將不再使用，而要采用分步編譯的方式。

所謂“分步編譯”，即由用戶手動(dòng)調(diào)用 GCC 編譯器完成對(duì) C、C++源代碼的預(yù)處理、編譯、匯編以及鏈接過程，每個(gè)階段都會(huì)生成對(duì)源代碼加工后的文件。

GCC 常用的編譯選項(xiàng)

GCC 手冊(cè)

接下來將對(duì)如何實(shí)現(xiàn)分步編譯做詳細(xì)的講解，即如何將一個(gè)源代碼程序經(jīng)歷預(yù)處理、編譯、匯編以及鏈接這 4 個(gè)過程，最終生成對(duì)應(yīng)的可執(zhí)行程序。

2. 預(yù)處理

無論是 C 還是 C++ 程序，其從源代碼轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓤?zhí)行代碼的過程，具體可分為 4 個(gè)過程，分別為預(yù)處理（Preprocessing）、編譯（Compilation）、匯編（Assembly）和鏈接（Linking）。

默認(rèn)情況下，gcc 指令會(huì)一氣呵成，直接將源代碼歷經(jīng)這 4 個(gè)過程轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓤?zhí)行代碼，且不會(huì)保留各個(gè)階段產(chǎn)生的中間文件。

而如果想查看這 4 個(gè)階段各自產(chǎn)生的中間文件，最簡(jiǎn)單直接的方式就是對(duì)源代碼進(jìn)行“分步編譯”，即控制 GCC 編譯器逐步對(duì)源代碼進(jìn)行預(yù)處理、編譯、匯編以及鏈接操作。其中，通過為 gcc 指令添加 -E 選項(xiàng)，即可控制 GCC 編譯器僅對(duì)源代碼做預(yù)處理操作。

所謂預(yù)處理操作，主要是處理那些源文件和頭文件中以 # 開頭的命令（比如 #include、#define、#ifdef 等），并刪除程序中所有的注釋 // 和 /* … */

默認(rèn)情況下 gcc -E 指令只會(huì)將預(yù)處理操作的結(jié)果輸出到屏幕上，并不會(huì)自動(dòng)保存到某個(gè)文件。因此該指令往往會(huì)和 -o 選項(xiàng)連用，將結(jié)果導(dǎo)入到指令的文件中。比如：

wohu@ubuntu:~/cpp/src$ g++ -E test.cpp -o test.ii
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
test.cpp  test.ii
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ 

Linux 系統(tǒng)中，通常用 .i 或者 .ii 作為 C/C++ 程序預(yù)處理后所得文件的后綴名。由此，就完成了 test.cpp 文件的預(yù)處理操作，并將其結(jié)果導(dǎo)入到了 test.ii 文件中。

讀者可以通過執(zhí)行 cat test.ii 指令查看該文件中的內(nèi)容，但通常沒有足夠 C++ 語言功底的讀者是看不懂的。為此，我們可以為 g++ 指令再添加一個(gè) -C 選項(xiàng)，阻止 GCC 刪除源文件和頭文件中的注釋：

wohu@ubuntu:~/cpp/src$ g++ -E -C test.cpp -o test.ii

注意，這里是大寫的 -C，不是小寫的 -c。小寫的 -c 另作他用，

gcc -E 支持的常用選項(xiàng)

其中，對(duì)于指定 #include 搜索路徑的幾個(gè)選項(xiàng)，作用的先后順序如下：

• 對(duì)于用 #include "" 引號(hào)形式引入的頭文件，首先搜索當(dāng)前程序文件所在的目錄，其次再前往 -iquote 選項(xiàng)指定的目錄中查找；
• 前往 -I 選項(xiàng)指定的目錄中搜索；
• 前往 -isystem 選項(xiàng)指定的目錄中搜索；
• 前往默認(rèn)的系統(tǒng)路徑下搜索；
• 前往 -idirafter 選項(xiàng)指定的目錄中搜索；

3. 編譯

所謂編譯，簡(jiǎn)單理解就是將預(yù)處理得到的程序代碼，經(jīng)過一系列的詞法分析、語法分析、語義分析以及優(yōu)化，加工為當(dāng)前機(jī)器支持的匯編代碼。

通過給 g++ 指令添加 -S（注意是大寫）選項(xiàng)，即可令 GCC 編譯器僅將指定文件加工至編譯階段，并生成對(duì)應(yīng)的匯編代碼文件。例如：

wohu@ubuntu:~/cpp/src$ g++ -S test.ii
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
test.cpp  test.ii  test.s
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ 

可以看到，經(jīng)過執(zhí)行 g++ -S 指令，其生成了一個(gè)名為 test.s 的文件，這就是經(jīng)過編譯的匯編代碼文件。也就是說默認(rèn)情況下，編譯操作會(huì)自行新建一個(gè)文件名和指定文件相同、后綴名為 .s 的文件，并將編譯的結(jié)果保存在該文件中。

我們還可以為 gcc -S 指令添加 -o 選項(xiàng)，令 GCC 編譯器將編譯結(jié)果保存在我們指定的文件中。例如：

wohu@ubuntu:~/cpp/src$ g++ -S test.ii -o demo.s
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
demo.s  test.cpp  test.ii  test.s
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ 

需要注意的是，gcc -S 指令操作的文件并非必須是經(jīng)過預(yù)處理后得到的 .i 或 .ii 文件，-S 選項(xiàng)的功能是令 GCC 編譯器將指定文件處理至編譯階段結(jié)束。這也就意味著，gcc -S 指令可以操作預(yù)處理后的 .i 或 .ii 文件，也可以操作源代碼文件：

• 如果操作對(duì)象為 .i 或 .ii 文件，則 GCC 編譯器只需編譯此文件；
• 如果操作對(duì)象為 .c 或者 .cpp 源代碼文件，則 GCC 編譯器會(huì)對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理和編譯這 2 步操作。

因此，如果我們想直接得到 test.cpp 文件對(duì)應(yīng)的匯編文件，就可以借助 gcc -S 指令：

wohu@ubuntu:~/cpp/src$ g++ -S test.cpp -o test.s
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
test.cpp  test.s
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ 

由此，我們就可以直接獲得 test.cpp 對(duì)應(yīng)的 test.s 匯編文件。

如果想提高文件內(nèi)匯編代碼的可讀性，可以借助 -fverbose-asm 選項(xiàng)，GCC 編譯器會(huì)自行為匯編代碼添加必要的注釋，例如：

wohu@ubuntu:~/cpp/src$ g++ -S test.cpp -o test.s -fverbose-asm
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
test.cpp  test.s
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ 

4. 匯編

如何對(duì)已得到的 test.s 執(zhí)行匯編操作，并得到相應(yīng)的目標(biāo)文件，需要進(jìn)行匯編操作。所謂目標(biāo)文件，其本質(zhì)為二進(jìn)制文件，但由于尚未經(jīng)過鏈接操作，所以無法直接運(yùn)行。

簡(jiǎn)單地理解，匯編其實(shí)就是將匯編代碼轉(zhuǎn)換成可以執(zhí)行的機(jī)器指令。大部分匯編語句對(duì)應(yīng)一條機(jī)器指令，有的匯編語句對(duì)應(yīng)多條機(jī)器指令。相對(duì)于編譯操作，匯編過程會(huì)簡(jiǎn)單很多，它并沒有復(fù)雜的語法，也沒有語義，也不需要做指令優(yōu)化，只需要根據(jù)匯編語句和機(jī)器指令的對(duì)照表一一翻譯即可。

通過為 gcc 指令添加 -c 選項(xiàng)（注意是小寫字母 c），即可讓 GCC 編譯器將指定文件加工至匯編階段，并生成相應(yīng)的目標(biāo)文件。例如：

wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
test.cpp  test.s
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ g++ -c test.s 
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
test.cpp  test.o  test.s
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ 

可以看到，該指令生成了和 test.s 同名但后綴名為 .o 的文件，這就是經(jīng)過匯編操作得到的目標(biāo)文件。

還可以為 gcc -c 指令在添加一個(gè) -o 選項(xiàng)，用于將匯編操作的結(jié)果輸入到指定文件中，例如：

wohu@ubuntu:~/cpp/src$ g++ -c test.s  -o test_obj.o
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
test.cpp  test.o  test_obj.o  test.s
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ 

需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，和 g++ -S 類似，g++ -c 選項(xiàng)并非只能用于加工 .s 文件。事實(shí)上，-c 選項(xiàng)只是令 GCC 編譯器將指定文件加工至匯編階段，但不執(zhí)行鏈接操作。這也就意味著：

• 如果指定文件為源程序文件（例如 test.cpp），則 gcc -c 指令會(huì)對(duì) test.cpp 文件執(zhí)行預(yù)處理、編譯以及匯編這 3 步操作；
• 如果指定文件為剛剛經(jīng)過預(yù)處理后的文件（例如 test.i），則 gcc -c 指令對(duì) test.i 文件執(zhí)行編譯和匯編這 2 步操作；
• 如果指定文件為剛剛經(jīng)過編譯后的文件（例如 test.s），則 gcc -c 指令只對(duì) test.s 文件執(zhí)行匯編這 1 步操作。

注意，如果指定文件已經(jīng)經(jīng)過匯編，或者 GCC 編譯器無法識(shí)別，則 gcc -c 指令不做任何操作。

5. 鏈接

總的來說鏈接階段要完成的工作，就是將同一項(xiàng)目中各源文件生成的目標(biāo)文件以及程序中用到的庫(kù)文件整合為一個(gè)可執(zhí)行文件。

目標(biāo)文件已經(jīng)是二進(jìn)制文件，與可執(zhí)行文件的組織形式類似，只是有些函數(shù)和全局變量的地址還未找到，因此還無法執(zhí)行。鏈接的作用就是找到這些目標(biāo)地址，將所有的目標(biāo)文件組織成一個(gè)可以執(zhí)行的二進(jìn)制文件。

完成鏈接操作，并不需要給 g++ 添加任何選項(xiàng)，只要將匯編階段得到的 test.o 作為參數(shù)傳遞給它，g++就會(huì)在其基礎(chǔ)上完成鏈接操作。例如：

wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
test.cpp  test.o  test_obj.o  test.s
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ g++ test.o 
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
a.out  test.cpp  test.o  test_obj.o  test.s
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ g++ test_obj.o -o test_obj
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
a.out  test.cpp  test.o  test_obj  test_obj.o  test.s
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ./a.out 
hello,world
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ./test_obj 
hello,world
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ 

gcc 會(huì)根據(jù)所給文件的后綴名 .o，自行判斷出此類文件為目標(biāo)文件，僅需要進(jìn)行鏈接操作。
通過分別執(zhí)行這 a.out 和 test_obj 可執(zhí)行文件，其執(zhí)行結(jié)果完全相同，說明 test.o 和 test_obj.o 是完全相同的。

6. 一步生成所有中間結(jié)果

如果讀者不想執(zhí)行這么多條指令，但想獲得預(yù)處理、編譯、匯編以及鏈接這 4 個(gè)過程產(chǎn)生的中間文件，可以執(zhí)行如下指令：

wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
test.cpp
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ g++ test.cpp -save-temps
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ ls
a.out  test.cpp  test.ii  test.o  test.s
wohu@ubuntu:~/cpp/src$ 

可以看到，通過給 g++ 添加 -save-temps 選項(xiàng)，可以使 GCC 編譯器保留編譯源文件過程中產(chǎn)生的所有中間文件。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的GCC 编译 C++ 程序分步骤流程（预处理 gcc -E、编译 gcc -S、汇编 gcc -c 和链接 gcc 以及 gcc -o 选项）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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