编译过程中的链接实际上是做什么的？

Question

据我了解，GCC 编译器在我编译 C 程序时执行四个步骤。

1. 预处理 - 带宏的 C 代码 (*.c) 到不带宏的 C 代码 (*.c)
2. 编译 - C 代码 (*.c) 到汇编语言 (*.s)
3. 汇编 - 汇编语言 (*.s) 到目标代码 (*.o)
4. 链接 - 对象代码 (*.o) 到可执行文件 (*)

前三个步骤对我来说非常有意义，但我仍然对链接的实际作用感到困惑。

在第三步之后为什么我不能运行 *.o 文件？那时我的 C 代码现在是对象/机器/字节代码，可以由 CPU 直接解释。然而，当我使我的 *.o 文件可执行并尝试运行它时，我得到了这个错误：

bash: ./helloworld.o: cannot execute binary file: Exec format error

为什么会出现此错误？如果我有一个只有一个 C 文件的小型 C 程序（例如一个 hello world 程序），在我看来，链接没有任何意义，因为没有什么可链接的。那么编译过程中的链接到底是做什么的呢？

提前感谢您的任何回复。

Answer 1

如果我有一个很小的 ​​C 程序（例如一个 hello world 程序）

甚至你的 helloworld 程序也使用#inlude<stdio.h>，不是吗？这意味着您正在使用库，并且链接步骤用于组合必要的目标代码（此处为库代码）为您创建二进制文件。

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有关链接步骤的详细说明（并与编译进行比较） - 请参阅此question

Answer 2

粗略的解释是：

• 从每个目标文件中找到所有匹配的段，并将它们连接在一起。这样我们就可以得到一个大的 .code、一个 .data、一个 .bss 等等。
• 解析所有使用的符号。许多符号是本地的，因此可以立即解析。将在请求链接的库中搜索未解析的符号。完成后，结果将是一个符号表/链接映射。
• 制作一个实际可执行的文件。在 Linux 上，通常只是碰巧可执行文件、库和目标文件都是 ELF 格式。并非所有平台都如此。

Answer 3

简单的答案是 .o 可执行文件有不同的用途和不同的格式。

如果您想要完整的答案，您需要阅读适用于您平台二进制格式的必要文档。

在 Linux 上，这将是 here。本文档将描述中间格式和最终可执行格式之间的区别。

顺便说一句，Linux 内核模块加载器确实直接使用 .o（或更确切地说是 .ko）文件。