1. GCC编译流程概览与中间表示初探

任务目标

编写一个简单的C程序，通过GCC的-v选项观察编译驱动实际调用的子程序，并分别生成预处理文件（.i）、汇编文件（.s）、目标文件（.o）以及GIMPLE和RTL中间表示文件，从而建立对GCC四阶段架构与中间表示的直观认识。

环境准备

需要Linux环境并已安装GCC（含gcc、cc1）。验证安装：

gcc --version
which cc1    # 通常位于 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/<版本>/cc1

示例程序

创建文件 hello.c：

#include <stdio.h>

#define GREETING "Hello, GCC\\n"

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main(void) {
    printf(GREETING);
    return add(1, 2);
}

完整实现与运行

以下命令展示了从源码到可执行文件的完整编译流程，并生成各阶段中间产物。在终端中依次执行：

# 1. 观察完整编译流程（预处理→编译→汇编→链接）
gcc -v hello.c -o hello 2>&1 | tee build_log.txt

# 2. 仅预处理（展开头文件与宏），生成 hello.i
gcc -E hello.c -o hello.i

# 3. 生成GIMPLE中间表示（编译器前端与中端输出）
gcc -fdump-tree-gimple hello.c -o /dev/null
# 生成文件：hello.c.005t.gimple

# 4. 生成RTL中间表示（中端与后端接口）
gcc -fdump-rtl-all hello.c -o /dev/null
# 生成文件：hello.c.<编号>r.expand（含多个RTL转储）

# 5. 仅编译（生成汇编），生成 hello.s
gcc -S hello.i -o hello.s

# 6. 仅汇编（生成目标文件），生成 hello.o
gcc -c hello.s -o hello.o

# 7. 仅链接（生成可执行文件）
gcc hello.o -o hello

# 8. 运行验证
./hello
echo "退出码: $?"

关键观察点与验证方法

打开 build_log.txt，应能看到类似以下顺序的驱动调用（实际路径因系统而异）：

gcc -v hello.c -o hello
...
 /usr/lib/gcc/.../cc1 -E -quiet hello.c -o hello.i   # 预处理
 /usr/lib/gcc/.../cc1 -fpreprocessed hello.i ...     # 编译（生成汇编）
 as -o hello.o hello.s                                # 汇编
 /usr/lib/gcc/.../collect2 ...                        # 链接

验证通过条件：

• build_log.txt 中依次出现 cc1（预处理+编译）、as（汇编）、collect2 或 ld（链接）的调用行，且顺序正确。
• hello.i 中 #include <stdio.h> 已被展开，GREETING 宏被替换为字符串字面量。
• hello.c.005t.gimple 中包含函数 add 和 main 的GIMPLE表示，形如：

;; Function add (add, funcdef_no=0)
add (int a, int b)
{
  int D.xxxx;
  D.xxxx = a + b;
  return D.xxxx;
}

• hello.c.*r.expand 文件中包含RTL指令序列，每行以 (insn ...) 或 (note ...) 开头，寄存器以 rxx 或 %eax 等形式出现。
• 运行 ./hello 输出 Hello, GCC，退出码为 3（即 add(1,2) 的返回值）。

中间表示文件说明

常见问题

• 找不到 cc1 路径：在 build_log.txt 中搜索 cc1 即可获得完整路径，该路径由GCC内部驱动管理，无需手动调用。
• RTL转储文件过多：-fdump-rtl-all 会生成多个编号文件（如 .r.expand、.r.vartrack 等）。本案例只需关注 expand 阶段，即RTL生成的最初形式。
• GIMPLE转储编号可能不同：005t 中的数字可能因GCC版本略有差异，使用通配符查看即可：ls hello.c.*.gimple。