深刻理解計算機之hello world背後的故事
最近打算鞏固計算機基礎知識，網上一本評價極高的教材——深刻理解計算機系統，下面要將講的內容來自第一章一個小例子，不過對咱們瞭解C語言如何從源程序到最終的可執行程序頗有幫助，下面讓咱們開始吧。html
一步到位的hello world
首先一個簡單的C語言版本的hello world例子，保存在文件hello.c中。java
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("hello world\n");
}
通常而言，咱們一般能夠使用gcc命令將其轉化爲可執行程序node
gcc -o hello hello.c
執行上面命令後，就會在當前目錄生產一個hello的可執行文件。在Centos 64位機器上執行file hello，能夠獲得linux
hello: ELF 64-bit LSB executable, AMD x86-64, version 1 (SYSV), for GNU/Linux 2.6.9, dynamically linked (uses shared libs), not stripped
直接執行./hello便可在控制檯輸出hello world。c++
條分縷析的hello world
爲了說明C語言源程序是如何轉化爲最終的可執行文件，首先看下面這個圖編程
下面來分佈講解bash
預處理（Preprocessor）階段
這個階段處理#開頭的指示語句，hello.c中的#include<stdio.h>告知預處理器去加載stdio.h的內容，並把它插入到當前位置。jvm
cpp hello.c > hello.i file hello.i # hello.i: ASCII C program text
編譯（Compiler）階段
這個階段把C語言源程序編譯爲彙編程序，不一樣高級語言經由其編譯器處理後，獲得的一樣的彙編語言。函數
cc -S hello.i #會生成 hello.s 文件 file hello.s # hello.s: ASCII assembler program text
組裝（Assembly）階段
這一階段把彙編語言翻譯爲機器碼，結果保存在稱爲relocatable object program/file的文件中，以ELF（Executable and Linkable Format）格式存儲（包含一個符號表，沒有striped過），通常以.o結尾。ui
as -o hello.o hello.s file hello.o # hello.o: ELF 64-bit LSB relocatable, AMD x86-64, version 1 (SYSV), not stripped
連接（Linking）階段
注意到咱們的hello.c程序使用了printf函數，它是由C語言的標準庫函數，由C語言編譯器提供，printf函數應該會存在於一個printf.o的文件中，咱們須要某種手段把它合併到咱們的hello.o中，連接器就是作這件事的。最終生成的爲一個稱爲executable object file的文件，它能夠被裝載進內存而且執行。
# -lc 指定加載libc.a ld -o hello /usr/lib64/crt*.o hello.o -lc
若是按照上面方式操做，可執行文件hello可以建立出來，可是運行./hello會報錯
-bash: ./hello: /lib/ld64.so.1: bad ELF interpreter: No such file or directory
貌似是路徑不對，到這裏，你可能會想到gcc爲何可以一次成功，gcc是怎麼調用ld的呢？咱們能夠經過-v選項來查看gcc調用ld時的參數
$ gcc -v hello.o -o 123 Using built-in specs. Target: x86_64-redhat-linux Configured with: ../configure --prefix=/usr --mandir=/usr/share/man --infodir=/usr/share/info --enable-shared --enable-thre ads=posix --enable-checking=release --with-system-zlib --enable-__cxa_atexit --disable-libunwind-exceptions --enable-libgcj -multifile --enable-languages=c,c++,objc,obj-c++,java,fortran,ada --enable-java-awt=gtk --disable-dssi --disable-plugin --w ith-java-home=/usr/lib/jvm/java-1.4.2-gcj-1.4.2.0/jre --with-cpu=generic --host=x86_64-redhat-linux Thread model: posix gcc version 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-55) /usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/collect2 --eh-frame-hdr -m elf_x86_64 --hash-style=gnu -dynamic-linker /lib64/l d-linux-x86-64.so.2 -o 123 /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../lib64/crt1.o /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux /4.1.2/../../../../lib64/crti.o /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/crtbegin.o -L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2 -L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2 -L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../lib64 -L/lib/../lib64 -L/usr/ lib/../lib64 hello.o -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed -lc -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed /usr/lib/gcc/x86 _64-redhat-linux/4.1.2/crtend.o /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../lib64/crtn.o
這裏重點是collect2這句，由於collect2能夠看做ld功能相同的程序，爲了方便閱讀，我這裏手動換了下行
/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/collect2 --eh-frame-hdr -m elf_x86_64 --hash-style=gnu -dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 -o 123 /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../lib64/crt1.o /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../lib64/crti.o /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/crtbegin.o -L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2 -L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2 -L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../lib64 -L/lib/../lib64 -L/usr/lib/../lib64 hello.o -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed -lc -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/crtend.o /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../lib64/crtn.o
能夠看到，gcc在作連接時傳入了這麼多參數，至於其中的緣由，就比較麻煩了，改日再寫一篇文章介紹，今天先到這裏。