linux下一个小程序的编译过程详解

#includΒιβλιοθήκη <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include "deck.h"
static time_t seed = 0;
void shuffle(deck_t *pdeck)
{
/* Keeps track of what numbers have been used */
{
int value = -1;
do
{
value = rand() % DECKSIZE;
}
while(drawn[value] != 0);
/* mark value as used */
drawn[value] = 1;
gcc -o game game.c
game
Hello World
到现在为止，我们离一个有用的程序还差得很远。如果你觉得沮丧，你可以想一想我们已经编译并运行了一个程序。因为我们将一点一点为这个程序添加功能，所以我们必须保证让它能够运行。似乎每个刚开始学编程的程序员都想一下子编一个1000行的程序，然后一次修改所有的错误。没有人，我是说没有人，能做到这个。你应该先编一个可以运行的小程序，修改它，然后再次让它运行。这可以限制你一次修改的错误数量。另外，你知道刚才做了哪些修改使程序无法运行，因此你知道应该把注意力放在哪里。这可以防止这样的情况出现：你认为你编写的东西应该能够工作，它也能通过编译，但它就是不能运行。请切记，能够通过编译的程序并不意味着它是正确的。
/* debug statement */
printf("%i\n", value);
pdeck->card[i] = value;
}
pdeck->dealt = 0;
return;
}
把这个文件保存为 shuffle.c。我们在这个代码中加入了一条调试语句，以便运行时，能输出所产生的牌号。这并没有为我们的程序添加功能，但是现在到了关键时刻，我们看看究竟发生了什么。因为我们的游戏还在初级阶段，我们没有别的办法确定我们的函数是否实现了我们要求的功能。使用那条printf语句，我们就能准确地知道现在究竟发生了什么，以便在开始下一阶段之前我们知道牌已经洗好了。在我们对它的工作感到满意之后，我们可以把那一行语句从代码中删掉。这种调试程序的技术看起来很粗糙，但它使用最少的语句完成了调试任务。以后我们再介绍更复杂的调试器。
要想读懂本文，你需要对C语言有基本的了解，本文将介绍如何使用gcc编译器。首先，我们介绍如何在命令行方式下使用编译器编译简单的C源代码。然后，我们简要介绍一下编译器究竟作了那些工作，以及如何控制编译过程。我们也简要介绍了调试器的使用方法。
GCC rules
你能想象使用封闭源代码的私有编译器编译自由软件吗？你怎么知道编译器在你的可执行文件中加入了什么？可能会加入各种后门和木马。Ken Thompson是一个著名的黑客，他编写了一个编译器，当编译器编译自己时，就在'login'程序中留下后门和永久的木马。请到 这里 阅读他对这个杰作的描述。幸运的是，我们有了gcc。当你进行 configure; make; make install 时， gcc在幕后做了很多繁重的工作。如何才能让gcc为我们工作呢？我们将开始编写一个纸牌游戏，不过我们只是为了演示编译器的功能，所以尽可能地精简了代码。我们将从头开始一步一步地做，以便理解编译过程，了解为了制作可执行文件需要做些什么，按什么顺序做。我们将看看如何编译C程序，以及如何使用编译选项让gcc按照我们的要求工作。步骤（以及所用工具）如下： 预编译 (gcc -E)， 编译 (gcc)， 汇编 (as)，和 连接 (ld)。
请注意两个问题。
我们用传址方式传递参数，你可以从'&'（取地址）操作符看出来。这把变量的机器地址传递给了函数，因此函数自己就能改变变量的值。也可以使用全局变量编写程序，但是应该尽量少使用全局变量。指针是C的一个重要组成部分，你应该充分地理解它。
我们在一个新的 .c 文件中使用函数调用。操作系统总是寻找名为'main'的函数，并从那里开始执行。 shuffle.c 中没有'main'函数，因此不能编译为独立的可执行文件。我们必须把它与另一个具有'main'函数并调用'shuffle'的程序组合起来。
下一步为我们的游戏编写一个头文件。头文件把数据类型和函数声明集中到了一处。这可以保证数据结构定义的一致性，以便程序的每一部分都能以同样的方式看待一切事情。
#ifndef DECK_H
#define DECK_H
#define DECKSIZE 52
typedef struct deck_t
int drawn[DECKSIZE] = {0};
int i;
/* One time initialization of rand */
if(0 == seed)
{
seed = time(NULL);
srand(seed);
}
for(i = 0; i < DECKSIZE; i++)
这将把两个目标文件组合起来并创建可执行文件 game。
连接器从shuffle.o目标文件中找到 shuffle 函数，并把它包括进可执行文件。目标文件的真正好处在于，如果我们想再次使用那个函数，我们所要做的就是包含"deck.h" 文件并把 shuffle.o 目标文件连接到新的可执行文件中。
gcc -o game game.c
/tmp/ccmiHnJX.o: In function `main':
/tmp/ccmiHnJX.o(.text+0xf): undefined reference to `shuffle'
collect2: ld returned 1 exit status
编译成功了，因为我们的语法是正确的。但是连接步骤却失败了，因为我们没有告诉编译器'shuffle'函数在哪里。那么，到底什么是连接？我们怎样告诉编译器到哪里寻找这个函数呢？
连接
连接器ld，使用下面的命令，接受前面由 as 创建的目标文件并把它转换为可执行文件
gcc -o game game.o shuffle.o
这让我们知道还有一些工作要做。我们需要在头文件中加入一行代码，以便告诉编译器有关 shuffle 函数的一切，让它可以做必要的检查。听起来象是一种狡辩，但这样做 可以把函数的定义与实现分离开来，使我们能在任何地方使用我们的函数，只要包含新的头文件 并把它连接到我们的目标文件中就可以了。下面我们就把这一行加入deck.h中。
另外两个重要选项
-Wall 选项可以打开所有类型的语法警告，以便帮助我们确定代码是正确的，并且尽可能实现可移植性。当我们使用这个选项编译我们的代码时，我们将看到下述警告：
game.c:9: warning: implicit declaration of function `shuffle'
gcc -c game.c
我们就自动创建了一个名为game.o的文件。这里我们碰到了一个重要的问题。我们可以用任意一个 .c 文件创建一个目标文件。正如我们在下面所看到的，在连接步骤中我们可以把这些目标文件组合成可执行文件。让我们继续介绍我们的例子。因为我们正在编写一个纸牌游戏，我们已经把一付牌定义为 deck_t，我们将编写一个洗牌函数。这个函数接受一个指向deck类型的指针，并把一付随机的牌装入deck类型。它使用'drawn' 数组跟踪记录那些牌已经用过了。这个具有DECKSIZE个元素的数组可以防止我们重复使用一张牌。
编译
作为一个中间步骤，gcc把你的代码翻译成汇编语言。它一定要这样做，它必须通过分析你的代码搞清楚你究竟想要做什么。如果你犯了语法错误，它就会告诉你，这样编译就失败了。人们有时会把这一步误解为整个过程。但是，实际上还有许多工作要gcc去做呢。
汇编
as 把汇编语言代码转换为目标代码。事实上目标代码并不能在CPU上运行，但它离完成已经很近了。编译器选项 -c 把 .c 文件转换为以 .o 为扩展名的目标文件。 如果我们运行
gcc -o game game.c
如果没有错误，就没有问题。如果编译不能通过，那么就修改它直到能通过为止。
预编译
编译器是怎么知道 deck_t 类型是什么的呢？因为在预编译期间，它实际上把"deck.h"文件复制到了"game.c"文件中。源代码中的预编译指示以"#"为前缀。你可以通过在gcc后加上 -E 选项来调用预编译器。
象这样的代码重用是经常发生的。虽然我们并没有编写前面作为调试语句调用的 printf 函数，连接器却能从我们用 #include <stdlib.h> 语句包含的文件中找到它的声明，并把存储在C库（/lib/libc.so.6）中的目标代码连接进来。这种方式使我们可以使用已能正确工作的其他人的函数，只关心我们所要解决的问题。这就是为什么头文件中一般只含有数据和函数声明，而没有函数体。一般，你可以为连接器创建目标文件或函数库，以便连接进可执行文件。我们的代码可能产生问题，因为在头文件中我们没有放入任何函数声明。为了确保一切顺利，我们还能做什么呢？
运行命令
gcc -c shuffle.c
并确定它创建了一个名为 shuffle.o 的新文件。编辑game.c文件，在第7行，在 deck_t类型的变量 deck 声明之后，加上下面这一行：