如何將高層的C/C++語言編寫轉換成二進制代碼編譯

大家肯定都知道計算機程序設計語言通常分為機器語言、匯編語言和高級語言三類。高級語言需要通過翻譯成機器語言才能執行，而翻譯的方式分為兩種，一種是編譯型，另一種是解釋型，因此我們基本上將高級語言分為兩大類，一種是編譯型語言，例如C，C++，Java，另一種是解釋型語言，例如Python、Ruby、MATLAB 、JavaScript。 ????本文將介紹如何將高層的C/C++語言編寫的程序轉換成為處理器能夠執行的二進制代碼的過程，包括四個步驟：

預處理（Preprocessing）

編譯（Compilation）

匯編（Assembly）

鏈接（Linking）

GCC 工具鏈介紹 ? ????通常所說的GCC是GUN Compiler Collection的簡稱，是Linux系統上常用的編譯工具。GCC工具鏈軟件包括GCC、Binutils、C運行庫等。 GCC ??? GCC（GNU C Compiler）是編譯工具。本文所要介紹的將C/C++語言編寫的程序轉換成為處理器能夠執行的二進制代碼的過程即由編譯器完成。 Binutils ????一組二進制程序處理工具，包括：addr2line、ar、objcopy、objdump、as、ld、ldd、readelf、size等。這一組工具是開發和調試不可缺少的工具，分別簡介如下：

addr2line：用來將程序地址轉換成其所對應的程序源文件及所對應的代碼行，也可以得到所對應的函數。該工具將幫助調試器在調試的過程中定位對應的源代碼位置。

as：主要用于匯編，有關匯編的詳細介紹請參見后文。

ld：主要用于鏈接，有關鏈接的詳細介紹請參見后文。

ar：主要用于創建靜態庫。為了便于初學者理解，在此介紹動態庫與靜態庫的概念：

如果要將多個.o目標文件生成一個庫文件，則存在兩種類型的庫，一種是靜態庫，另一種是動態庫。

在windows中靜態庫是以 .lib 為后綴的文件，共享庫是以 .dll 為后綴的文件。在linux中靜態庫是以.a為后綴的文件，共享庫是以.so為后綴的文件。

靜態庫和動態庫的不同點在于代碼被載入的時刻不同。靜態庫的代碼在編譯過程中已經被載入可執行程序，因此體積較大。共享庫的代碼是在可執行程序運行時才載入內存的，在編譯過程中僅簡單的引用，因此代碼體積較小。在Linux系統中，可以用ldd命令查看一個可執行程序依賴的共享庫。

如果一個系統中存在多個需要同時運行的程序且這些程序之間存在共享庫，那么采用動態庫的形式將更節省內存。

ldd：可以用于查看一個可執行程序依賴的共享庫。

objcopy：將一種對象文件翻譯成另一種格式，譬如將.bin轉換成.elf、或者將.elf轉換成.bin等。

objdump：主要的作用是反匯編。有關反匯編的詳細介紹，請參見后文。

readelf：顯示有關ELF文件的信息，請參見后文了解更多信息。

size：列出可執行文件每個部分的尺寸和總尺寸，代碼段、數據段、總大小等，請參見后文了解使用size的具體使用實例。

C運行庫 ??? C語言標準主要由兩部分組成：一部分描述C的語法，另一部分描述C標準庫。C標準庫定義了一組標準頭文件，每個頭文件中包含一些相關的函數、變量、類型聲明和宏定義，譬如常見的printf函數便是一個C標準庫函數，其原型定義在stdio頭文件中。 ??? C語言標準僅僅定義了C標準庫函數原型，并沒有提供實現。因此，C語言編譯器通常需要一個C運行時庫（C Run Time Libray，CRT）的支持。C運行時庫又常簡稱為C運行庫。與C語言類似，C++也定義了自己的標準，同時提供相關支持庫，稱為C++運行時庫。 ? 準備工作 ? ????由于GCC工具鏈主要是在Linux環境中進行使用，因此本文也將以Linux系統作為工作環境。為了能夠演示編譯的整個過程，本節先準備一個C語言編寫的簡單Hello程序作為示例，其源代碼如下所示：

#include??

//此程序很簡單，僅僅打印一個Hello World的字符串。
int?main(void)
{
????printf("Hello?World!?
");
????return?0;
}

? 編譯過程 ? 1. 預處理 ????預處理的過程主要包括以下過程：

將所有的#define刪除，并且展開所有的宏定義，并且處理所有的條件預編譯指令，比如#if #ifdef #elif #else #endif等。

處理#include預編譯指令，將被包含的文件插入到該預編譯指令的位置。

刪除所有注釋“//”和“/* */”。

添加行號和文件標識，以便編譯時產生調試用的行號及編譯錯誤警告行號。

保留所有的#pragma編譯器指令，后續編譯過程需要使用它們。

使用gcc進行預處理的命令如下：

$?gcc?-E?hello.c?-o?hello.i?//?將源文件hello.c文件預處理生成hello.i
//?GCC的選項-E使GCC在進行完預處理后即停止

? ??? hello.i文件可以作為普通文本文件打開進行查看，其代碼片段如下所示：

//?hello.i代碼片段

extern?void?funlockfile?(FILE?*__stream)?__attribute__?((__nothrow__?,?__leaf__));
#?942?"/usr/include/stdio.h"?3?4

#?2?"hello.c"?2

#?3?"hello.c"
int?main(void)
{
????printf("Hello?World!"?"
");
????return?0;
}

? 2. 編譯 ????編譯過程就是對預處理完的文件進行一系列的詞法分析，語法分析，語義分析及優化后生成相應的匯編代碼。 ????使用gcc進行編譯的命令如下：

$?gcc?-S?hello.i?-o?hello.s?//?將預處理生成的hello.i文件編譯生成匯編程序hello.s
//?GCC的選項-S使GCC在執行完編譯后停止，生成匯編程序

? ????上述命令生成的匯編程序hello.s的代碼片段如下所示，其全部為匯編代碼。

//?hello.s代碼片段

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
????movl????$0,?%eax
????popq????%rbp
????.cfi_def_cfa?7,?8
????ret
????.cfi_endproc

? 3. 匯編 ????匯編過程調用對匯編代碼進行處理，生成處理器能識別的指令，保存在后綴為.o的目標文件中。由于每一個匯編語句幾乎都對應一條處理器指令，因此，匯編相對于編譯過程比較簡單，通過調用Binutils中的匯編器as根據匯編指令和處理器指令的對照表一一翻譯即可。 ????當程序由多個源代碼文件構成時，每個文件都要先完成匯編工作，生成.o目標文件后，才能進入下一步的鏈接工作。注意：目標文件已經是最終程序的某一部分了，但是在鏈接之前還不能執行。???? ????使用gcc進行匯編的命令如下：

$?gcc?-c?hello.s?-o?hello.o?//?將編譯生成的hello.s文件匯編生成目標文件hello.o
//?GCC的選項-c使GCC在執行完匯編后停止，生成目標文件
//?或者直接調用as進行匯編
$?as?-c?hello.s?-o?hello.o?//使用Binutils中的as將hello.s文件匯編生成目標文件

? ????注意：hello.o目標文件為ELF（Executable and Linkable Format）格式的可重定向文件。 4. 鏈接 ????鏈接也分為靜態鏈接和動態鏈接，其要點如下：

靜態鏈接是指在編譯階段直接把靜態庫加入到可執行文件中去，這樣可執行文件會比較大。鏈接器將函數的代碼從其所在地（不同的目標文件或靜態鏈接庫中）拷貝到最終的可執行程序中。為創建可執行文件，鏈接器必須要完成的主要任務是：符號解析（把目標文件中符號的定義和引用聯系起來）和重定位（把符號定義和內存地址對應起來然后修改所有對符號的引用）。

動態鏈接則是指鏈接階段僅僅只加入一些描述信息，而程序執行時再從系統中把相應動態庫加載到內存中去。

在Linux系統中，gcc編譯鏈接時的動態庫搜索路徑的順序通常為：首先從gcc命令的參數-L指定的路徑尋找；再從環境變量LIBRARY_PATH指定的路徑尋址；再從默認路徑/lib、/usr/lib、/usr/local/lib尋找。

在Linux系統中，執行二進制文件時的動態庫搜索路徑的順序通常為：首先搜索編譯目標代碼時指定的動態庫搜索路徑；再從環境變量LD_LIBRARY_PATH指定的路徑尋址；再從配置文件/etc/ld.so.conf中指定的動態庫搜索路徑；再從默認路徑/lib、/usr/lib尋找。

在Linux系統中，可以用ldd命令查看一個可執行程序依賴的共享庫。

由于鏈接動態庫和靜態庫的路徑可能有重合，所以如果在路徑中有同名的靜態庫文件和動態庫文件，比如libtest.a和libtest.so，gcc鏈接時默認優先選擇動態庫，會鏈接libtest.so，如果要讓gcc選擇鏈接libtest.a則可以指定gcc選項-static，該選項會強制使用靜態庫進行鏈接。以Hello World為例：

如果使用命令“gcc hello.c -o hello”則會使用動態庫進行鏈接，生成的ELF可執行文件的大小（使用Binutils的size命令查看）和鏈接的動態庫（使用Binutils的ldd命令查看）如下所示：

$?gcc?hello.c?-o?hello
$?size?hello??//使用size查看大小
???text????data?????bss?????dec?????hex?filename
???1183?????552???????8????1743?????6cf?????hello
$?ldd?hello?//可以看出該可執行文件鏈接了很多其他動態庫，主要是Linux的glibc動態庫
????????linux-vdso.so.1?=>??(0x00007fffefd7c000)
????????libc.so.6?=>?/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6?(0x00007fadcdd82000)
????????/lib64/ld-linux-x86-64.so.2?(0x00007fadce14c000)

如果使用命令“gcc -static hello.c -o hello”則會使用靜態庫進行鏈接，生成的ELF可執行文件的大小（使用Binutils的size命令查看）和鏈接的動態庫（使用Binutils的ldd命令查看）如下所示：

$?gcc?-static?hello.c?-o?hello
$?size?hello?//使用size查看大小
?????text????data?????bss?????dec?????hex?filename
?823726????7284????6360??837370???cc6fa?????hello?//可以看出text的代碼尺寸變得極大
$?ldd?hello
???????not?a?dynamic?executable?//說明沒有鏈接動態庫

????鏈接器鏈接后生成的最終文件為ELF格式可執行文件，一個ELF可執行文件通常被鏈接為不同的段，常見的段譬如.text、.data、.rodata、.bss等段。 ? 分析ELF文件 ? 1. ELF文件的段 ??? ELF文件格式如下圖所示，位于ELF Header和Section Header Table之間的都是段（Section）。一個典型的ELF文件包含下面幾個段：

.text：已編譯程序的指令代碼段。

.rodata：ro代表read only，即只讀數據（譬如常數const）。

.data：已初始化的C程序全局變量和靜態局部變量。

.bss：未初始化的C程序全局變量和靜態局部變量。

.debug：調試符號表，調試器用此段的信息幫助調試。

可以使用readelf -S查看其各個section的信息如下：

$?readelf?-S?hello
There?are?31?section?headers,?starting?at?offset?0x19d8:

Section?Headers:
??[Nr]?Name??????????????Type?????????????Address???????????Offset
???????Size??????????????EntSize??????????Flags??Link??Info??Align
??[?0]???????????????????NULL?????????????0000000000000000??00000000
???????0000000000000000??0000000000000000???????????0?????0?????0
……
??[11]?.init?????????????PROGBITS?????????00000000004003c8??000003c8
???????000000000000001a??0000000000000000??AX???????0?????0?????4
……
??[14]?.text?????????????PROGBITS?????????0000000000400430??00000430
???????0000000000000182??0000000000000000??AX???????0?????0?????16
??[15]?.fini?????????????PROGBITS?????????00000000004005b4??000005b4
……

? 2. 反匯編ELF ????由于ELF文件無法被當做普通文本文件打開，如果希望直接查看一個ELF文件包含的指令和數據，需要使用反匯編的方法。 ????使用objdump -D對其進行反匯編如下：

$?objdump?-D?hello
……
0000000000400526?:??//?main標簽的PC地址
//PC地址：指令編碼??????????????????指令的匯編格式
??400526:????55??????????????????????????push???%rbp?
??400527:????48?89?e5????????????????mov????%rsp,%rbp
??40052a:????bf?c4?05?40?00??????????mov????$0x4005c4,%edi
??40052f:????e8?cc?fe?ff?ff??????????callq??400400?
??400534:????b8?00?00?00?00??????????mov????$0x0,%eax
??400539:????5d??????????????????????pop????%rbp
??40053a:????c3??????????????????????????retq???
??40053b:????0f?1f?44?00?00??????????nopl???0x0(%rax,%rax,1)
……

? ????使用objdump -S將其反匯編并且將其C語言源代碼混合顯示出來：

$?gcc?-o?hello?-g?hello.c?//要加上-g選項
$?objdump?-S?hello
……
0000000000400526?:
#include?

int?main(void)
{
????400526:????55??????????????????push???%rbp
????400527:????48?89?e5????????????mov????%rsp,%rbp
????printf("Hello?World!"?"
");
????40052a:????bf?c4?05?40?00??????mov????$0x4005c4,%edi
????40052f:????e8?cc?fe?ff?ff??????callq??400400?
????return?0;
????400534:????b8?00?00?00?00??????mov????$0x0,%eax
}
????400539:????5d??????????????????pop????%rbp
????40053a:????c3??????????????????retq???
????40053b:????0f?1f?44?00?00??????nopl???0x0(%rax,%rax,1)
……

? 編輯：黃飛

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如何利用coder將matlab中的程序轉換成C/C++？

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2021-11-19 06:58:26

如何在 LabVIEW VISA 中使用二進制或十六進位的資料

LabVIEW VISA 中使用二進制或十六進位的資料呢? A:當 LabVIEW VISA 函數做資料的輸入與輸出時需要使用字符串的方式，但將這些字符轉換成字符串時并不只侷限在標準的 ASCII 字符。每個

2015-06-30 15:19:37

如何把十進制轉換成二進制？

轉換成二進制，然后將二進制字符串與從時鐘輸入的二進制字符串進行比較。引腳12將是一個蜂鳴器的輸出，而引腳13將是復位引腳。誰能告訴我正確的方向來學習如何把十進制轉換成二進制，然后把它存儲在一個寄存器中？謝謝您！

2019-10-14 11:28:36

如何理解二進制運算規則二進制是如何運算的

：將二進制數(10011111011.11101100)2轉換成十六進制數。(10011111011.11101100)2=(4FB.EC)16其他進制轉換為二進制：（1）十進制轉換為二進制整數轉換

2019-12-11 17:49:02

寬范圍二進制邏輯電平電壓轉換模塊包括BOM及原理圖

描述此參考設計可將高達 300VDC 的高直流電壓輸入轉換成典型電子電路可以處理的二進制邏輯電平電壓。此解決方案十分靈活，不僅能處理 18 至 300VDC 的輸入電壓，還允許通過可編程開關閾值來

2018-09-20 08:55:55

怎么將16位二進制數轉換成十進制數的函數？

有沒有人建立一個將16位二進制數轉換成十進制數的函數？謝謝，JB 以上來自于谷歌翻譯以下為原文Has anyone built a function(s) that converts a 16-bit binary number into decimal?Thanks,JB

2019-03-26 11:21:54

提取一個8位二進制數的低3位和另一個8位二進制數的高5位組合成一個新的8位二進制數，用C語言怎么實現?

提取一個8位二進制數的低3位和另一個8位二進制數的高5位，然后組合成一個新的8位二進制數，用C語言怎么實現?

2019-01-17 06:35:14

是否有方法將STM32CubeIDE構建的二進制文件推送到附加目標上呢

項目 > 屬性并在主窗格 C/C++ 構建中看到配置已從調試切換到發布 [活動]。從編譯器/鏈接器控制臺消息中可以清楚地看出，生成的二進制 (elf) 文件的文本大小在發布（較小）和調試（較大

2022-12-14 07:28:02

格雷碼簡介及格雷碼與二進制的轉換程序

nclude #ifdef test ＃i nclude #endif/** * 二進制轉換成格雷碼 * @param lStart lValue所在區間下界 * @param lEnd

2011-04-22 09:00:58

求大佬啊!!!!請問怎么將labview2015圖形編程轉換成c語言？

辛辛苦苦編好了代碼，但是專利不允許使用圖形編程啊，非要C語言，請問怎么將VI轉換成C語言呢？

2017-02-27 18:35:13

用FPGA 怎么實現BCD碼轉換成二進制啊!

用FPGA 怎么實現BCD碼轉換成二進制啊!新手求指教PCB打樣找華強 http://www.hqpcb.com 樣板2天出貨

2013-03-15 12:00:01

用FPGA設計將BCD碼轉換成二進制數電路

用FPGA設計將BCD碼轉換成二進制數電路

2013-03-11 20:37:10

用IAR生成原始二進制文件有問題

，然后生成。但是我看到Project Bube在轉換成原始二進制時永遠不會結束，我不得不手動點擊Ctrl +C來結束這個。然后我看到下面的日志。當我檢查輸出時，我看到CM4.Bin現在非常大，消耗超過

2018-10-29 11:40:32

請問如何將編譯日期存儲在最終的二進制文件中以便外部程序讀取它？

我正在嘗試將一個項目從 IAR 遷移到 STM32CubeIDE。在這個項目中，我在 main 中有兩行代碼（作為全局變量）將編譯日期存儲在最終的二進制文件中。這兩行如下：char const

2023-01-31 06:23:18

請問有一種stm8s匯編語言可以將16位二進制轉換為5 bcd代碼嗎？

你好，請問有一種stm8s匯編語言可以將16位二進制轉換為5 bcd代碼非常感謝 marc debruyne以上來自于谷歌翻譯以下為原文 hello, please

2019-03-29 08:33:00

采集的數據轉換成有符號數的問題

的轉換成有符號數值并波形顯示。舉例：采集下來的十六進制數D1，轉換成二進制后是11010001，無符號數是209，有符號數是-81.有沒有這樣一個VI直接將無符號數轉換成有符號數的也行啊。

2012-05-02 11:55:08

二進制與BCD碼轉換資料

6位二進制數轉換成BCD碼的的快速算法－51單片機2010-02-18 00:43在做而論道上篇博文中，回答了一個16位二進制數轉換成BCD碼的問題，給出了一個網上廣泛流傳的經典轉換程序。

2010-08-19 17:42:07

十進制和二進制之間的轉換

十進制和二進制之間的轉換　　既然一個數可以用二進制和十進制兩種不同形式來表示，那么兩著之間就必然有一定的轉換關系。　　由十進制數的一

2009-04-06 23:53:36

8084

二進制數與八進制數的相互轉換

二進制數與八進制數的相互轉換（1）二進制數轉換為八進制數：將二進制數由小數點開始，整數部分向左，小數部分向右，每3位分

2009-09-24 11:27:30

18381

二進制數與十六進制數的相互轉換

二進制數與十六進制數的相互轉換 二進制數與十六進制數的相互轉換，按照每4位二進制數對應于一位十六進制數進行轉換。

2009-09-24 11:28:58

9461

二進制加法程序【C語言版】

二進制加法程序【C語言版】二進制加法程序【C語言版】二進制加法程序【C語言版】二進制加法程序【C語言版】

2015-12-29 11:03:51

C語言教程之十進制轉換為二進制

C語言教程之十進制轉換為二進制，很好的C語言資料，快來學習吧。

2016-04-22 11:06:08

格雷碼與二進制的轉換

格雷碼，又叫循環二進制碼或反射二進制碼，格雷碼是我們在工程中常會遇到的一種編碼方式，它的基本的特點就是任意兩個相鄰的代碼只有一位二進制數不同，這點在下面會詳細講解到。格雷碼的基本特點就是任意兩個相鄰的代碼只有一位二進制數不同。

2018-03-02 15:48:53

16613

函數轉換BCD編碼二進制數為整型數

BCD碼亦稱二進碼十進數或二-十進制代碼。用4位二進制數來表示1位十進制數中的0~9這10個數碼。它是一種二進制的數字編碼形式，用二進制編碼的十進制代碼。BCD碼這種編碼形式利用了四個位元來儲存一個十進制的數碼，使二進制和十進制之間的轉換得以快捷的進行。

2018-03-14 10:15:42

6148

如何利用二進制數實現BCD碼的轉換

編寫子程序Bin2BCD、BCD2Bin實現二進制數到壓縮BCD碼的相互轉換。待轉換的二進制數存放在w寄存器內，子程序調用完成后得到的BCD碼仍存放在w寄存器內返回。例如：

2018-05-19 10:59:00

26760

二進制數轉換成bcd碼

二進制是計算技術中廣泛采用的一種數制。二進制數據是用0和1兩個數碼來表示的數。它的基數為2，進位規則是“逢二進一”，借位規則是“借一當二”。

2019-11-22 07:01:00

11369

二進制如何轉換為十進制?

將二進制轉換為十進制（base-2到base-10））數字和背面是一個重要的概念，因為二進制編號系統構成了所有計算機和數字系統的基礎。

2019-06-22 10:21:25

22406

從編譯原理的角度看C語言如何轉換成匯編語言的？

從編譯原理的角度看C語言是如何轉換成匯編語言的？

2020-02-25 15:52:07

2221

as命令：用于將匯編代碼編譯為二進制代碼

? 1.命令簡介 as 命令是二進制工具集 GNU Binutils 的一員，是 GNU 推出的一款匯編語言編譯器集，用于將匯編代碼編譯為二進制代碼，它支持多種不同類型的處理器。 2.命令格式 3.

2021-02-02 14:03:13

3554

將C/C++語言編寫的程序轉換成為處理器能夠執行的二進制代碼的過程

兩大類，一種是編譯型語言，例如C，C++，Java，另一種是解釋型語言，例如Python、Ruby、MATLAB 、JavaScript。

2022-05-18 13:30:54

2950

二進制代碼相似度比較研究技術匯總

我們知道編譯生成二進制代碼的影響因素非常的多，同一套源代碼基于不同因素的組合可以生成非常多不同二進制程序。

2022-10-13 08:59:29

571

匯編語言的變量與編碼是什么

匯編語言采用了助記符號編寫程序，通過編譯器轉換成能夠被計算機識別和處理的二進制代碼程序。

2023-02-17 14:58:42

1008

二進制編碼器和二-十進制編碼器講解

將信息(如數和字符等)轉換成符合一定規則的二進制代碼。

2023-03-21 11:55:48

7722

你知道十進制轉二進制如何進行轉換嗎？

你知道十進制轉二進制如何進行轉換嗎？當我們提到數字系統時，最常見的是十進制系統和二進制系統。十進制是基于10的系統，而二進制是基于2的系統。在這篇文章中，我們將詳細討論如何將十進制數轉換為二進制

2023-12-20 17:05:47

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如何將高層的C/C++語言編寫轉換成二進制代碼編譯

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