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[原创]编译和链接、装载过程
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发表于: 2025-12-6 15:27
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平常开发中，很少会关注到编译和链接过程，因为通常的开发环境都是流行的集成开发环境（IDE），比如pycharm, visual studio,这些ide通常讲编译和链接过程一步完成了，通常将这种编译和链接合并到一起的过程称为构建（Build)
但我们使用gcc编译这个程序的时候，事实上其中被隐藏了多个过程
被隐藏的包括这么几个过程
从最直观的角度来看，编译器就是将高级语言翻译成机器语言的一个工具
程序设计的模块化是人们一直在追求的目标，因为当一个系统十分复杂的时候，我们不得不将一个复杂的系统逐步分割成小的系统，以达到各个突破的目的。
一个复杂的软件也如此，人们把每个源代码模块独立地编译，然后按照需要将他们拼装起来，这个组装模块的过程就是链接（Linking）
比如说：
ELF文件介绍
在链接中，我们将函数和变量统称为符号（Symbol）,函数名和变量名就是 符号名（Symbol Name）
链接过程中很关键的一部分就是符号的管理，每一个目标文件都会有一个相应的符号表（Symbol Table）, 这个表里记录了目标文件中所用到的所有符号。每个定义的符号有一个对应的值，叫做符号值（Symbol Value）,对于变量和函数来说，符号值就是他们的地址。
可执行文件只有转载到内存以后才能被CPU执行。
#include <stdio.h>int main(){ printf("Hello Workd\n"); return 0;}#include <stdio.h>int main(){ printf("Hello Workd\n"); return 0;}预编译过程： 主要就是处理哪些源代码中以“`#`”开始的预编译指令，比如 “`#include`”编译过程，就是把预处理完的文件进行一系列词法分析、语法分析、语义分析及优化后生产相应的汇编代码文件，这个过程往往是我们所说的整个程序构建的核心部分，也是最复杂的部分之一现在版本的`GCC`将预编译和编译两个步骤合并成了一个步骤预编译过程： 主要就是处理哪些源代码中以“`#`”开始的预编译指令，比如 “`#include`”编译过程，就是把预处理完的文件进行一系列词法分析、语法分析、语义分析及优化后生产相应的汇编代码文件，这个过程往往是我们所说的整个程序构建的核心部分，也是最复杂的部分之一现在版本的`GCC`将预编译和编译两个步骤合并成了一个步骤- 扫描- 语法分析- 语义分析- 源代码优化- 代码生成和目标代码优化- 扫描- 语法分析- 语义分析- 源代码优化- 代码生成和目标代码优化我们在程序模块`main.c`中使用了另一个模块`func.c`的`foo()`函数我们在`main.c`模块中每一处调用`foo`的时候都必须要确切的知道`foo`这个函数的地址但是由于每个模块都是单独编译的，在编译器编译`main.c`的时候，它并不知道`foo`函数的地址，所以它暂时性把这些调用`foo`的指令的目标地址搁置，等到最后链接的时候由链接器去将这些指令的目标地址进行修正。我们在程序模块`main.c`中使用了另一个模块`func.c`的`foo()`函数我们在`main.c`模块中每一处调用`foo`的时候都必须要确切的知道`foo`这个函数的地址但是由于每个模块都是单独编译的，在编译器编译`main.c`的时候，它并不知道`foo`函数的地址，所以它暂时性把这些调用`foo`的指令的目标地址搁置，等到最后链接的时候由链接器去将这些指令的目标地址进行修正。目标文件中包括 - 编译后的机器指令代码、数据 - 链接时所需要的符号表，调试信息，字符串等一般目标文件将这些信息按不同的属性，以“节(`Section`)”的形式存储，有时候也叫做“段（`Segment`）”节、段 ，这两个 一般情况下都表示一个一定长度的区域，基本上不加以区别，唯一的区别是再`ELF`的链接视图和转载视图的时候目标文件中包括 - 编译后的机器指令代码、数据 - 链接时所需要的符号表，调试信息，字符串等一般目标文件将这些信息按不同的属性，以“节(`Section`)”的形式存储，有时候也叫做“段（`Segment`）”节、段 ，这两个 一般情况下都表示一个一定长度的区域，基本上不加以区别，唯一的区别是再`ELF`的链接视图和转载视图的时候.code / .text |
程序源代码编译后的机器指令常被放在代码段 | |
.data |
全局变量和局部静态变量数据经常放在数据段 | |
.bss |
.bss段为 未初始化的全局变量和局部静态变量预留位置，它没有内容 ，不占用空间 |
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.rodata |
Read Only Data, 存放只读数据，比如字符串常量，全局const变量 |
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.comment |
存放的是编译器版本信息，比如字符串：“GCC:(GNU)4.2.0” |
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.debug |
调试信息 | |
.dynamic |
动态链接信息 | |
.hash |
符号哈希表 | |
.line |
调试时的行号表 | |
.note |
额外的编译器信息 | |
.strtab |
String Table 字符串表， 用于存储ELF文件中用到的各种字符串 |
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.symtab |
Symbol Table 符号表 |
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.shstrtab |
Section String Table段名表 |
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.plt .got |
动态链接的跳转表和全局入口表 | |
.init .fini |
程序初始化与终结代码段 |
### 文件头  - `ELF`文件头结构成员含义 ### 段表（Section Header Table） 段表描述了`ELF`的各个段的信息，比如每个段的段名、段的长度、在文件中的偏移、读写权限以及段的其他属性 `ELF`文件的段结构就是由段表决定的，编译器、链接器和装载器都是依赖段表来定位和访问各个段的属性的 只有分析`ELF文件头`，就可以得到`段表`和`段表字符串表`的位置，从而解析整个`ELF`文件### 文件头
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