预处理、编译、链接都在做什么

最近先写一个简单的，之后再写复杂的。

在初学C语言时，我们往往被告知C语言的编译过程是预处理、编译和链接，那么这些过程都是什么呢？

下面以Linux下常用的gcc编译器举例说明我们平时见到的这些过程都是什么。

gcc原名GNU C Compiler，后改名 GNU Compiler Collection，下面的介绍也能让你明白为什么gcc换了名字。

预处理

我们先写一个入门C语言程序hello.c。这里puts的功能与printf类似，但是其只能输出纯字符串，不能像printf那样输出其他变量，使用puts代替printf是因为printf相关的优化较多且无法关闭，实际操作和理论一致性较差。

#include <stdio.h>

#define OK 0

int main() {
    puts("Hello, World!\n");
    return OK;
}

在C语言中，一些以#开头的行，被称为预处理指令，它们通常没有任何缩进，可以出现在文件中的任意一行，一些指令会被预处理器处理，最后生成新的.i的文本文件，这些.i文件会实际上参与下一步 - 编译。

预处理指令主要有以下功能

• 处理包含指令。上面代码中相当于将 stdio.h内的所有内容粘贴到到#include所在的行并删除该行，当然如果stdio.h中也有#include指令那么它也会被处理，直到没有该指令。
• 处理宏。例如将上面代码中的OK替换为0
• 处理条件编译指令#if、#ifdef等
• 更改编译器的行为（如字节对齐）

需要注意的是，预处理器并不会处理所有的预处理指令。有一些虽然定义上是预处理指令，但实际上会在编译阶段起作用，比如#pragma指令通常在编译期生效，在.i文件中你仍然可以看到这些指令。

汇编

通常C编译器并不直接从C代码生成机器指令，而是会有一个生成汇编代码的步骤，再通过汇编器将汇编代码编译为机器代码。这种方式方便了程序员使用内联汇编。由于C编译器生成的汇编代码有缩进格式，所以往往能见到使用多行内联汇编时会在\n后加\t（不加也一样）。该阶段生成的代码人类仍然可读。查看改代码可以发现头文件的大部分内容都已经消失，只剩下实际使用的puts这一个函数的名称了。

编译

汇编器会将刚才生成的汇编代码转换为机器可执行的代码。它会生成.o文件，此时该文件人类已经不可读，但其仍然和汇编文件基本对应，可以使用objdump工具查看其内容。

链接

链接是生成可执行程序的最后一步，它被用于处理符号引用。我们平时使用的printf、puts均会在此处被处理。链接分为动态链接和静态链接，通常我们使用的都是动态链接方式。

动态链接需要分别在两个阶段进行：编译时与运行时（这里说的编译是指源代码到生成可执行文件的整个流程，通常编译指的都是这个流程）。编译时的链接用于指定某个符号在哪个动态库中，而运行时链接则为真正在内存中装载函数和变量。