Linux中gcc的详解⽤法及其可重定位⽬标⽂件
<组成
gcc是⼀组编译⼯具的总称，包括：C编译器、C++编译器、源码预处理程序和库⽂件。
<编译
1.⽣成⼀个程序
gcc hello.c -o hello 把hello.c编译成⼀个可执⾏程序
如果gcc hello.c 不指定输出名，⽣成⼀个a.out⽂件。
可以通过./hello或者./a.out来运⾏程序
<编译步骤（包括预处理preprocessor，编译compiler，汇编assemble，链接linker）
预处理：gcc -E hello.c -o hello.i      完成对代码的预处理
处理源⽂件中以“#”开头的预编译指令，包括：
– 处理所有条件预编译指令，如“#if”,“#ifdef”, “#endif”等
– 插⼊头⽂件到“#include”处，可以递归⽅式进⾏处理
– 删除所有的注释“//”和“/* */”
– 添加⾏号和⽂件名标识，以便编译时编译器产⽣调试⽤的⾏号信息
– 保留所有#pragma编译指令（编译器需要⽤）
· 经过预编译处理后，得到的是预处理⽂件（如，hello.i) ，
它还是⼀个可读的⽂本⽂件 ，但不包含任何宏定义
编译: gcc -S hello.i -o hello.s gcc –S hello.c –o hello.s 将源代码编译成汇编代码
· 编译过程就是将预处理后得到的预处理⽂件（如 hello.i）
进⾏ 词法分析、语法分析、语义分析、优化后，⽣成汇编代码⽂
· 经过编译后，得到的汇编代码⽂件（如 hello.s）还是可读的⽂ 本⽂件，CPU⽆法理解和执⾏它
gcc命令实际上是具体程序（如ccp、cc1、as等）的包装命令，
⽤户通过gcc命令来使⽤具体的预处理程序ccp、编译程序cc1和汇编程序as等
汇编：gcc -c hello.s -o hello.o ,  gcc -c hello.c -o hello.o ,  as hello.s -o hello.o
(as是⼀个汇编程序）将汇编代码转换成可重定位⽬标⽂件（⼆进制）
· 汇编程序（汇编器）⽤来将汇编语⾔源程序转换为机器指令序列 （机器语⾔程序）
· 汇编指令和机器指令⼀⼀对应，前者是后者的符号表⽰，它们都 属于机器级指令，
所构成的程序称为机器级代码
· 汇编结果是⼀个可重定位⽬标⽂件（如，hello.o），其中包含 的是
不可读的⼆进制代码，必须⽤相应的⼯具软件来查看其内容
链接：gcc hello.o -o hello
将⽬标代码和所需要的库链成⼀个完整的应⽤程序。
gcc的结果输出是后缀名不相关的，只与输⼊参数有关
为了构造可执⾏⽂件，连接器必须完成两个主要任务：
符号解析（symbol resolution)，重定位(relocation)
⽬标⽂件有三种形式：
· 可重定位⽬标⽂件。包含⼆进制代码和数据，其形式可以在编译时与其他可重定位
⽬标⽂件合并起来，创建⼀个可执⾏⽬标⽂件。
· 可执⾏⽬标⽂件。包括⼆进制代码和数据，其形式可以被直接复制到内存并执⾏。
· 共享⽬标⽂件。⼀种特殊类型的可重定位⽬标⽂件，可以在加载或者运⾏
时被动态的加载进内存并链接。
3.使⽤多个源码的项⽬
⽐如有两个源程序main.c和sum.c
使⽤gcc编译器并链接⽣成可执⾏程序p:gcc -O2 -g -o p main.c sum.c    ./p
-O2：2级优化
-g：⽣成调试信息
-o：⽬标⽂件名
链接过程的本质（以main.c和swap.c为例）
main.c                          swap.c
int buf[2] = {1, 2};                extern int buf[];
void swap();                      int *bufp0 = &buf[0];
int main()                          static int *bufp1;
{ swap();                            void swap() {
return 0; }                          int temp;bufp1 = &buf[1];temp = *bufp0;*bufp0 = *bufp1;*bufp1 = temp; }
关于ELF格式⽂件符号表解析及readelf命令使⽤
1.读取ELF⽂件头  readelf -h main.c
在 readelf 的输出中：
第 1 ⾏，ELF Header: 指名 ELF ⽂件头开始。
linux下gcc编译的四个步骤
第 2 ⾏，Magic 魔数，⽤来指名该⽂件是⼀个 ELF ⽬标⽂件。第⼀个字节 7F 是个固定的数；后⾯的 3 个字节正是 E, L, F 三个字母的ASCII 形式。
第 3 ⾏，CLASS 表⽰⽂件类型，这⾥是 64位的 ELF 格式。
第 4 ⾏，Data 表⽰⽂件中的数据是按照什么格式组织(⼤端或⼩端)的，不同处理器平台数据组织格式可能就不同，如x86平台为⼩端存储格式。
第 5 ⾏，当前 ELF ⽂件头版本号，这⾥版本号为 1 。
第 6 ⾏，OS/ABI ，指出操作系统类型，ABI 是 Application Binary Interface 的缩写。
第 7 ⾏，ABI 版本号，当前为 0 。
第 8 ⾏，Type 表⽰⽂件类型。ELF ⽂件有 3 种类型，⼀种是如上所⽰的 Relocatable file 可重定位⽬标⽂件，⼀种是可执⾏⽂件(Executable)，另外⼀种是共享库(Shared Library) 。
第 9 ⾏，机器平台类型。
第 10 ⾏，当前⽬标⽂件的版本号。
第 11 ⾏，程序的虚拟地址⼊⼝点。
第 12 ⾏，与 11 ⾏同理，这个⽬标⽂件没有 Program Headers。
第 13 ⾏，sections 头开始处，这⾥ 856 是⼗进制.。
第 14 ⾏，是⼀个与处理器相关联的标志。
第 15 ⾏，ELF ⽂件头的字节数。
第 16 ⾏，因为这个不是可执⾏程序，故此处⼤⼩为 0。
第 17 ⾏，同理于第 16 ⾏。
第 18 ⾏，sections header 的⼤⼩，这⾥每个 section 头⼤⼩为 64个字节。
第 19 ⾏，⼀共有多少个 section 头，这⾥是 13个。
第 20 ⾏，section 头字符串表索引号，从 Section Headers 输出部分可以看到其内容的偏移在 0xa0 处，从此处开始到0xcf 结束保存着各个 sections 的名字，如 .data，.text，.bss等。
2.读取节头表    readelf -S main.o
可重定位⽬标⽂件
ELF头
.text
.rodata
.data
.bss
.symtab
.
.rel.data
.debug
.line
.strtab
节头部表
ELF 头
包括16字节标识信息、⽂件类型 (.o, exec, .so)、机器类型（如 IA-32）、 节头表的偏移、节头表的表项⼤⼩以及 表项个数 .text 节  编译后的代码部分
.rodata 节  只读数据，如 printf 格式串、switch 跳转表等
.data 节  已初始化的全局变量
.
bss 节  未初始化全局变量，仅是占位符，不占 据任何实际磁盘空间。区分初始化和⾮ 初始化是为了空间效率
.symtab 节  存放函数和全局变量 （符号表）信息 ， 它不包括局部变量
. 节  .text节的重定位信息，⽤于重新修改代 码段的指令中的地址信息
.rel.data 节  .data节的重定位信息，⽤于对被模块使 ⽤或定义的全局变量进⾏重定位的信息
.debug 节  调试⽤符号表 (gcc -g)
strtab 节  包含symtab和debug节中符号及节名
Section header table（节头表）  每个节的节名、偏移和⼤⼩
以下以main.o为例⼦解释
Key to Flags:
W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings)
I (info), L (link order), G (group), x (unknown)
O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific) 可重定位⽬标⽂件中，每个可装⼊节的起始地址总是0
3.符号表机制    readelf -s main.o
可以看出全局变量，静态全局变量，静态局部变量,
全局函数名都会出现在符号表中,⽽局部变量不会被保存在符号表中。

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