C++ 从预处理到生成可执行文件简单介绍和中间文件查看

在 C++ 中，从源代码到最终生成可执行文件，会经历多个阶段，主要包括：

总体流程概览

源文件 (.cpp/.h)
↓ [1. 预处理]
预处理后的代码 (.i)
↓ [2. 编译]
汇编代码 (.s)
↓ [3. 汇编]
目标文件 (.o)
↓ [4. 链接]
可执行文件 (a.out 或指定名称)

各阶段详解及示例

下面我们以简单的示例文件 main.cpp 为例：

main.cpp 内容如下：

#include <iostream>
#define PI 3.14

int main() {
std::cout << "Hello, PI = " << PI << std::endl;
return 0;
}

【1】预处理（Preprocessing）

命令：

g++ -E main.cpp -o main.i

功能：

• 展开 #include 文件；
• 替换宏定义（如 PI）；
• 处理条件编译；
• 删除注释。

结果文件：

• main.i：纯 C++ 源码，没有任何宏或头文件残留。

【2】编译（Compiling）

命令：

g++ -S main.i -o main.s

功能：

• 将预处理后的代码翻译为汇编代码；
• 进行语法分析、语义检查、生成汇编指令。

结果文件：

• main.s：人类可读的汇编代码。

【3】汇编（Assembling）

命令：

g++ -c main.s -o main.o

功能：

• 将汇编代码转换成机器指令（二进制）；
• 生成目标文件（Object File）。

结果文件：

• main.o：二进制格式的目标文件，尚不能独立运行。

【4】链接（Linking）

命令：

g++ main.o -o main

功能：

• 将目标文件与标准库（如 libstdc++）进行链接；
• 解析外部符号（如 std::cout）；
• 合并段（.text/.data/.bss）；
• 生成最终可执行文件。

结果文件：

• main：可执行二进制文件。

一条命令直接完成全部流程

g++ main.cpp -o main

g++ 会自动按顺序完成：

• 预处理 → 编译 → 汇编 → 链接。

总结：每步输入输出文件关系图

main.cpp
↓ g++ -E
main.i
↓ g++ -S
main.s
↓ g++ -c
main.o
↓ g++
main (可执行文件)

附加说明

C++ 编译过程中中间文件的内容查看

主要的内容如下：

示例代码 main.cpp

#include <iostream>
#define PI 3.14

int main() {
std::cout << "PI = " << PI << std::endl;
return 0;
}

第一步：查看 .i 文件（预处理输出）

g++ -E main.cpp -o main.i

查看内容（部分截取）：

extern std::ostream cout;

int main() {
std::cout << "PI = " << 3.14 << std::endl;
return 0;
}

分析重点：

• #include <iostream> 被展开成了大量系统头文件；
• 宏 PI 被替换为 3.14；
• 所有注释被移除；
• 条件编译指令已解析完成。

可以通过 less main.i 或 grep 过滤查看关键代码。

第二步：查看 .s 文件（汇编代码）

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

查看部分汇编内容（AT&T 语法）：

.LC0:
.string "PI = "
.LC1:
.string "\\n"

main:
pushq %rbp
movq %rsp, %rbp
movsd .LC2(%rip), %xmm0
leaq .LC0(%rip), %rdi
call std::operator<<(…)

分析重点：

• .LCx 是常量池字符串；
• 使用 %rip 地址相对寻址；
• xmm0 是浮点寄存器（因为 3.14 是浮点数）；
• call 调用 C++ 的重载函数（通过符号表连接）；

可以使用 less main.s 或编辑器阅读它，也可以用 objdump 查看汇编后的 .o 文件（下方讲解）。

第三步：查看 .o 文件内容（目标文件）

g++ -c main.cpp -o main.o

1. 查看符号表

nm main.o

示例输出：

0000000000000000 T main
U std::cout
U std::endl(…)

2. 反汇编 .o 文件

objdump -d main.o

示例输出片段：

0000000000000000 <main>:
0: 55 push %rbp
1: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
4: …

这是二进制机器码反汇编出的汇编，方便对比 .s 文件与真实机器码的指令。

3. 查看节区结构（section headers）

readelf -S main.o

输出部分节区说明：

使用建议：