『hello, world』 如何运行

15 May 2014

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《深入理解计算机系统》读书笔记

以经典的“hello, world”为例，分析编译的各个阶段。

/* $begin hello */
#include <stdio.h>
int main() 
{
    printf("hello, world\n");
}
/* $end hello */

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  • 预处理阶段。将include要引入的文件载入并替换掉include。将.c文件转换为.i文件。使用gcc命令加上参数-E。

      `gcc -E hello.c -o hello.i`

    预处理结束后，生成了845行的hello.i文件。

  • 编译阶段。将.i文件编译成.s文件。

      `gcc -S hello.i -o hello.s`

    将其翻译成汇编语言。

          .file   "hello.c"
      .section    .rodata
  .LC0:
      .string "hello, world"
      .text
      .globl  main
      .type   main, @function
  main:
  .LFB0:
      .cfi_startproc
      pushq   %rbp
      .cfi_def_cfa_offset 16
      .cfi_offset 6, -16
      movq    %rsp, %rbp
      .cfi_def_cfa_register 6
      movl    $.LC0, %edi
      call    puts
      popq    %rbp
      .cfi_def_cfa 7, 8
      ret
      .cfi_endproc
  .LFE0:.LC0:
      .size   main, .-main
      .ident  "GCC: (Ubuntu/Linaro 4.8.1-10ubuntu9) 4.8.1"
      .section    .note.GNU-stack,"",@progbits
    • .section .rodata后面定义了一个只读字符串常量.LC0，用来储存hello, world。
    • .text后面开始是代码区，.globl main定义了主函数入口。
    • .cfi_startproc用在每个函数的开始，用于初始化一些内部数据结构。

    • rbp寄存器是ebp寄存器64位扩展，ebp寄存器扩展基址指针寄存器(extended base pointer)　　其内存放一个指针，该指针指向系统栈最上面一个栈帧的底部。

      以 %r 开头的表示 64-bit 寄存器；以 %e 开头的是 32-bit 寄存器。

      pushq，64位，所以是q。保存rbp，以便使用rbp作为栈指针。

    • .cfi_endproc在函数结束的时候使用与.cfi_startproc相配套使用。
    • movq %rsp, %rbp保存栈frame，现在有些编译器开发者致力于优化函数调用，优化这个frame就是其中一项。
    • movl $.LC0, %edi把字符串”hello, world”的地址放入edi。
    • call puts打印并且在后面自动追加换行符\n。

  • 汇编阶段。将上一步生成的汇编代码通过汇编器编译成目标文件.o。

    gcc -c hello.s -o hello.o

  • 链接阶段。将上一步得到的目标文件与printf.o链接合并到可执行文件hello中。编译完成。

    gcc hello.o -o hello

参考文献

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