编译器对源代码的编译过程

对于C/C++源代码的编译，可以使用gcc(GNU Compiler Collection，GNU编译器集合)/g++进行编译。
gcc/g++分别是GNU的C/C++编译器，GNU是“GNU is Not Unix”的首字母缩写，GNU项目Richard Stallman在1983年9月27日公开发起的，GNU软件可以自由使用、复制、修改和发布，由此产生的GNU通用公共许可证（GNU General Public License，GPL）。
假设我们有一个源文件：hello_world.cpp(或者hello_world.c)。
我们知道，C/C++程序的执行分为四个步骤：
- 预处理
- 编译
- 汇编
- 链接

1.预处理阶段

例如：g++ -E hello_world.cpp -o hello_world.i：
-o选项表示输出；使用-E选项，由预处理器cpp将源代码生成预处理.i文件。
预处理会展开以#开始的行，解释为预处理指令，包括：

(1). `#include`：头文件包含

#include <xxx.h>使用尖括号通常表示引用系统的标准库头文件，而且搜索路径也只在标准库路径；
#include "xxx.h"使用双引号通常表示引用自定义头文件，搜索路径是先在当前工程目录下搜索，搜索不到再到系统的标准库中搜索。

(2). 宏替换

无参数宏和带参数宏；多行宏(用\连接，\后面不能右空格)；终止宏定义的作用域；宏替换(使用##，字符串替换)

#define PI 3.1415926    //无参数
#define MAX(A,B) ((A)>(B)?(A):(B))  //注意只作简单替换，不进行类型检查，所以对每一个参数加了括号
#define MIN(A,B)    \((A)<(B)?(A):(B))   //多行宏
#undef PI   //终止宏PI的定义
#define B(name) my_##_name   //B(first)替换为my_first_name

(3).条件编译指令

#if     //表达式为零对代码编译
#else
#elif
#ifndef //宏没有被定义就进行编译
#ifdef  //宏被定义就进行编译
#endif  //结束宏定义

例如：防御式头文件声明，防止重复引用：

#ifndef  XXX_H_
#define  XXX_H_
...
#endif  //XXX_H_

(4). 预定义的宏

__DATE__        //字符串常量，表示编译日期，形式：mm dd yyyy
__TIME__        //字符串常量，表示编译日期，形式：hh:mm:ss
__FILE__        //字符串常量，表示源文件(包含文件路径)
__FUNCTION__    //字符串常量，表示当前函数名
__LINE__        //整数常量，表示源文件行号

(5). 其它一些常见的预处理指令

#pragma once：保证头文件编译一次；
#Pragma pack(x)：规定结构体/类等的对齐长度，x是一个数字

2.编译阶段

编译阶段由预处理器ccl将预处理.i文件转换为汇编代码.s文件，例如：

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

-S选项只激活了预处理和编译，从源文件.cpp到汇编文件.S。

3. 汇编阶段

汇编阶段由汇编器as将汇编代码.S文件转化为机器代码.o文件，例如：

g++ -c hello_world.cpp -o hello_world.o

-c选项激活了预处理、编译和汇编，从源文件.cpp到目标机器文件.o。

4. 链接阶段

链接阶段由链接器ld将机器代码.o文件连接生成可执行文件.exe/.out，例如：

g++ hello_world.o -o hello_world.out

链接的过程核心工作是解决各个模块间的符号(变量)相互引用的问题。
静态链接和动态链接：
- 静态链接：
将函数代码直接拷贝到可执行程序中，如果多个程序调用同一个函数，内存中就会存在多个拷贝，不仅浪费了内存空间，还增大了可执行文件的体积。
- 动态链接：
动态链接相比较于静态链接，并没有直接拷贝，只是在可执行文件中添加了一些重定位信息，当可执行文件真正执行时，动态链接库的内容才被映射到相应的进程，这时可执行文件根据定位信息找到相应的函数代码执行，这样节约了内存空间。

5. 编译器的一些默认操作

g++ -E hello_world.cpp      //没有生成.i文件，直接输出.i文件
g++ -E hello_world.cpp -o test.i
g++ -E hello_world.cpp > test.i     //正确的做法g++ -S hello_world.cpp  //默认生成hello_world.s
g++ -S hello_world.cpp -o hello_world.s     //等价g++ -c hello_world.cpp  //默认生成hello_world.o
g++ -c hello_world.cpp -o hello_world.o     //等价
g++ -c hello_world.s -o hello_world.o       //等价
g++ -c hello_world.i -o hello_world.o   //这个是错误的，不能对.i执行-c选项g++ hello_world.cpp     //默认直接生成a.out文件
g++ hello_world.cpp -o hello_world.out
g++ hello_world.o -o hello_world.out    //等价
g++ hello_world.s -o hello_world.out    //等价
g++ hello_world.i -o hello_world.out    //这个是错误的，不能对.i执行

常见的选项:

6. 告警提示

-pedantic选项：不符合ASNI/ISO C语言标准时告警。
-Wall选项：使编译器尽可能多产生告警信息。
-Werror选项：要求编译器对告警当作错误来处理，告警即停止编译。
-w选项：关闭告警信息。

程序告警有助于写出更加健壮的代码，以及有助于我们调式程序。

7.优化选项

-O0         //编译器不进行优化处理
-O/-O1      //编译器优化编译时间和可执行文件大小，缺省
-O2         //在-O1的基础上进一步优化
-O3         //在-O2的基础上进一步优化，包括inline函数

更加具体的请参考官方文档

gcc.pdf以及中文手册GCC_zh.htm。