Как на самом деле работает gcc

Примечание. Для работы была использована ОС FreeBSD и весь машинный вывод соответствует именно ей.

В этом примере будет использована следующая простая программа. Она называется "myprogram.c". Отладочный вывод gcc и других программ бывает довольно длинным. Для повышения удобочитаемости были вставлены переводы строк предваренные символом '\'.

#include <math.h>

#include <stdio.h>

#define PI 3.1415926543

int main() {

printf("sin(pi) = %f\n", sin(PI));

printf("sin(pi/2) = %f\n", sin(PI/2));

exit(0);

}

Для того чтобы скомпилировать программу необходимо скомпоновать (слинковать) ее с библиотекой математических функций libm. Это делается с помощью флага -l.

%gcc -o myprogram myprogram.c –lm

Сам по себе gcc не делает много работы, за исключением вызова различных утилит. Этот процесс можно наблюдать если дать gcc ключ -v.

%gcc -save-temps -v -o myprogram myprogram.c –lm

Отладочный вывод можно увидеть ниже.

Using builtin specs.

gcc version 2.95.3 20010315 (release) [FreeBSD]

Предыдущие две строки не интересуют нас в данный момент.

Первая программа которую вызывает gcc -- это cpp, препроцессор языка С. Он обрабатывает строки содержащие #define, #ifdef, #include и тд. и приводит их к необходимому компилятору виду.

/usr/libexec/cpp0 -lang-c -v -D__GNUC__=2 -D__GNUC_MINOR__=95 -Di386 -D__FreeBSD__=4 \

-D__FreeBSD_cc_version=440000 -Dunix -D__i386__ -D__FreeBSD__=4 -D__FreeBSD_cc_version=440000 \

-D__unix__ -D__i386 -D__unix -Acpu(i386) -Amachine(i386) -Asystem(unix) -Asystem(FreeBSD) \

-Acpu(i386) -Amachine(i386) -Di386 -D__i386 -D__i386__ -D__ELF__ myprogram.c myprogram.i

Эти строки -- отладочный вывод препроцессора С, который получил ключ -v, который в свою очередь ранее был передан программе gcc. Первая строка содержащая #include говорит о том, что производится поиск файлов соответствующих строкам вида #include "something.h", такой поиск производится только в текущей директории. Строка следующая за ней, говорит что производится поиск файлов соответствующих строкам вида #include <something.h>, и производится он в директориях указанных ниже.

GNU CPP version 2.95.3 20010315 (release) [FreeBSD] (i386 FreeBSD/ELF)

#include "..." search starts here:

#include <...> search starts here:

/usr/include

/usr/include

End of search list.

The following default directories have been omitted from the search path:

/usr/include/g++

End of omitted list.

На этом месте все строки начинающиеся с #ifdef, #if, #include, #define и тд. уходят. Добавляется содержимое всех #include-файлов. Все макросы (#define) расширяются. Строки стоящие между директивами #if (или #ifdef, или #ifndef) и #endif (или #else) будут удалены если утверждения в них оказались ложными. Для того чтобы увидеть вывод препроцессора просмотрите файл myprogram.i, который сохранился благодаря ранее переданному ключу -save-temps.

Теперь за дело принимается собственно компилятор, который и превращает препроцессированый код в программу на ассемблере (как видим gcc это оболочка).

/usr/libexec/cc1 myprogram.i -quiet -dumpbase myprogram.c -version -o myprogram.s

GNU C version 2.95.3 20010315 (release) [FreeBSD] (i386-unknown-freebsd) compiled

by GNU C version 2.95.3 20010315 (release) [FreeBSD].

В данном месте будет создан файл myprogramm.s. Вы можете просмотреть его если любите читать ассемблерные листинги.

/usr/libexec/elf/as -v -o myprogram.o myprogram.s

GNU assembler version 2.11.2 20010719 [FreeBSD] (i386-unknown-freebsd4) using

BFD version 2.11.2 20010719 [FreeBSD]

Далее для создания файла с машинными кодами вызывается ассемблер. Машинный код помещается в объектный файл (.o).

Теперь все готово к линковке. На этой стадии берутся различные объектные (.о) и архивные (.а) (они так же называются статические библиотеки) файлы, разделяемые библиотеки (.sl или .so, в зависимости от системы) и их содержимое вставляется в исполняемый файл.

/usr/libexec/elf/ld -m elf_i386 -dynamic-linker

/usr/libexec/ld-elf.so.1 -o myprogram

/usr/lib/crt1.o /usr/lib/crti.o /usr/lib/crtbegin.o

-L/usr/libexec/elf

-L/usr/libexec

-L/usr/lib myprogram.o

-lm -lgcc -lc -lgcc /usr/lib/crtend.o /usr/lib/crtn.o

Каждый флаг -L указывает на директорию, в которой следует искать необходимые библиотеки. Сами библиотеки указываются с помощью ключа -l. Следует обратить внимание что последняя команда содержит в себе ключи "-lm, -lgcc, -lc". Этот шаг завершится успешно только если все символы во всех обьектных (.о) файлах будут найдены или в объектных файлах или в библиотеках libm.a, libgcc.a и libc.a.

Для того, чтобы увидеть, какие символы нужны файлу myprogram.o вы можете запустить утилиту nm.

%nm myprogram.o

U exit

00000000 t gcc2_compiled.

00000000 T main

U printf

U sin

Символы содержащие перед собой символ 'U' (undef) следует искать в других файлах. Если есть необходимость самостоятельно найти какой либо символ, то можно вновь использовать программу nm.