Стадии сборки программы¶

Сборка программы на C или C++ — это многошаговый процесс преобразования исходного текста в исполняемый файл. Компилятор gcc/g++ выступает драйвером: он последовательно вызывает несколько специализированных инструментов, каждый из которых отвечает за свою стадию.

Обзор стадий¶

Стадия	Вход	Выход	Инструмент
Препроцессинг	`.cpp` / `.c`	`.i`	`cc1plus`, `cpp`
Компиляция	`.i`	`.s`	`cc1plus`
Ассемблирование	`.s`	`.o`	`as`
Линковка	`.o`, `.a`, `.so`	бинарь / `.so`	`ld`, `collect2`

 main.cpp   foo.cpp
    │          │
    │  g++ -E  │   препроцессинг: раскрытие #include, #define
    ▼          ▼
 main.i    foo.i
    │          │
    │  cc1plus │   компиляция: синтаксический разбор, оптимизации, кодогенерация
    ▼          ▼
 main.s    foo.s
    │          │
    │    as    │   ассемблирование: мнемоники → машинные байты
    ▼          ▼
 main.o    foo.o    libc.a / libfoo.so
    │          │          │
    └──────────┴──────────┘
               │
               │    ld   линковка: разрешение символов, релокации
               ▼
            a.out  (ELF ET_EXEC или ET_DYN)

Флаг -v заставляет g++ напечатать все порождаемые команды:

g++ -v main.cpp

В выводе будет видно, что драйвер вызывает cc1plus, затем as, затем collect2/ld.

Препроцессинг¶

Препроцессор обрабатывает директивы, начинающиеся с #:

#include — вставляет содержимое заголовочных файлов;
#define / #undef — определяет и отменяет макросы;
#if, #ifdef, #ifndef, #elif, #else, #endif — условная компиляция;
#pragma — платформенно-специфичные директивы.

Результат — обычный текстовый файл с расширением .i (или .ii для C++), в котором нет никаких директив: только реальный код с уже подставленными заголовками и развёрнутыми макросами.

Остановиться после препроцессинга:

g++ -E main.cpp -o main.i

Компиляция¶

Компилятор читает препроцессированный файл и генерирует ассемблерный текст (.s). На этой стадии происходят:

лексический и синтаксический разбор;
семантический анализ и проверка типов;
оптимизации (если включены флагами -O1, -O2, -O3, -Os и т.д.);
генерация кода для целевой архитектуры.

Остановиться после компиляции (получить ассемблер):

g++ -S main.cpp -o main.s

Можно передать также -masm=intel, чтобы получить ассемблер в Intel-синтаксисе вместо AT&T.

Ассемблирование¶

Ассемблер (as) переводит текстовые мнемоники в машинные байты и упаковывает результат в объектный файл формата ELF с типом REL (Relocatable).

g++ -c main.cpp -o main.o
# или из уже готового .s:
as main.s -o main.o

Объектный файл содержит машинный код и данные, но часть символов остаётся неразрешённой — в таблице символов такие записи помечаются как UND. Запустить объектный файл напрямую нельзя: нет точки входа _start, не завершены релокации.

Линковка¶

Линковщик (ld) объединяет один или несколько объектных файлов и нужные библиотеки, разрешает все внешние ссылки между символами, выполняет релокации и формирует итоговый ELF-файл: исполняемый (EXEC или DYN/PIE) либо разделяемую библиотеку (.so).

g++ main.cpp -o main          # полный цикл: препроцессинг → линковка
g++ main.o other.o -o main    # только линковка уже готовых .o

Объектный файл vs исполняемый файл¶

Свойство	Объектный файл (`.o`)	Исполняемый файл
Тип ELF	REL (Relocatable)	EXEC или DYN (PIE)
Неразрешённые символы	есть (UND)	нет (все разрешены или делегированы динамическому линковщику)
Точка входа `_start`	отсутствует	присутствует
Можно запустить	нет	да

Подробнее о структуре ELF-файлов — в статье Формат ELF.

Флаги оптимизации и отладки¶

Флаг -g добавляет в бинарь отладочную информацию в формате DWARF: соответствие адресов строкам исходника, имена переменных и типы. Он не влияет на логику программы, но увеличивает размер файла.

g++ -g -O0 main.cpp -o main_debug    # отладочная сборка
g++ -O2 main.cpp -o main_release     # релизная сборка
g++ -g -O2 main.cpp -o main          # отладочная информация + оптимизации

Подробнее об использовании отладочной информации — в статье Отладка (GDB).

Дизассемблирование¶

Дизассемблировать готовый бинарь можно утилитой objdump:

objdump -d a.out              # AT&T-синтаксис
objdump -d -M intel a.out     # Intel-синтаксис
objdump -C -d a.out           # с демангированием C++-имён

Либо через gdb:

gdb ./a.out
(gdb) disassemble main

Создание статической библиотеки¶

Статическая библиотека (.a) — это ar-архив объектных файлов:

g++ -c foo.cpp -o foo.o
g++ -c bar.cpp -o bar.o
ar rcs libmylib.a foo.o bar.o   # создать архив

Флаги ar: r — вставить/заменить, c — создать архив если не существует, s — обновить индекс символов (аналог ranlib).

Подробнее о статической и динамической линковке — в статье Статическая и динамическая линковка.

Источники¶

man gcc — документация по флагам компилятора
man as — документация ассемблера GNU
man ld — документация линковщика GNU
man ar — создание архивов статических библиотек
GCC Internals: Compilation Phases
info gcc — полная документация GCC