前面已经把 可运行文件格式 ELF，链接器 ld ，汇编器 gas 简单介绍了一下，终于到了要讲 编译器的章节。实际上在 整个编译系统里面，编译器是最重要的，开发难度也是最高的。链接器，汇编器做的都是一些简单的工作。
我们通常 会用 gcc 编译器 来编译 C 程序。但是 gcc 也可以编译其他的语言，例如 Objective-C，Fortran，Ada，Go 跟 D 语言。
GCC 为了防止项目被个人或者组织控制，成立了 steering committee ，目前有 13 位成员，分别来自 Google，Red Hat ，IBM 等公司，可以把这 13 个人理解为 船长/指导员，决定 GCC 项目的发展方向，更多信息请浏览 GCC官网。
编译过程 其实有两步，分别是 预处理 跟 编译，如下：
预处理器 是 cpp 命令，预处理是 处理那些 以 # 开头的语法，都是一些宏定义，宏其实也算一种小的编程语言，他也有 define，if 条件 之类的。宏语法还可以把 一些外部文件 include 进来。
下面就来讲解，如何用源代码编译出来 cpp 命令，环境是 Ubuntu18 ，Linux 操作系统一般都自带 cpp 命令，不过自带的 cpp 没有符号表不太方便调试，所以为了调试学习，还是要自己编译一下。
点击这个 地址 下载 gcc 源码。我选择的版本是 7.5 ，目前 gcc 最新版本是 11，不过为了方便学习，没有用最新版本，老版本编译起来会顺畅一些，而且网上很多文章书籍基于的都不是最新版本，用老版本方便读者对照。
下载完压缩包之后，在 Document 目录下创建一个 gcc_project 文件夹，解压后 目录如下：
3，现在如果直接执行 configure 会以下错误，需要先编译安装 GMP 4.2+ , MPFR 2.4.2 跟 MPC 0.8.0+。
4，下载完 GMP 4.3.2 , MPFR 2.4.2 跟 MPC 0.8.1 后，目录如下，把他们都放在 gcc_project 文件夹里面方便管理：
执行以下命令编译：
# 编译 gmp
sudo apt-get install m4 -y
cd ~/Documents/gcc_project/gmp-4.3.2
./configure --prefix=/usr/local/gmp_4.3.2
make -j 16
sudo make install# 编译 mpfr
cd ~/Documents/gcc_project/mpfr-2.4.2
# 由于 mpfr 用到了 gmp 的头文件，需要指定 gmp 的路径
./configure --prefix=/usr/local/mpfr_2.4.2 --with-gmp=/usr/local/gmp_4.3.2
make -j 16
sudo make install# 编译 mpc
cd ~/Documents/gcc_project/mpc-0.8.1
./configure --prefix=/usr/local/mpc_0.8.1 --with-gmp=/usr/local/gmp_4.3.2 \
--with-mpfr=/usr/local/mpfr_2.4.2
make -j 16
sudo make install上面的库编译好之后，目录如下：
编译好 这 3个外部库之后，要把他们加进去 库的 搜索路径，这样 gcc 编译的时候才能找到这些库。其实gcc 的 configure 脚本可以指定 --with-gmp= 的库位置，但是我试了一下，gcc 的 configure 跟 makefile 并没有衔接得特别好，configure指定的路径没有传递给 makefile ，所以make 的时候有点问题，为了方便起见，还是需要加一下搜索路径。操作如下：
如上图所示，直接在 /etc/ld.so.conf.d 目录下新增3个文件。 gmp.conf , mpc.conf ，mpfr.conf，分别填进去各个库的安装路径即可。最后运行一下以下命令，重新加载配置。
sudo ldconfig需要的外部库 编译好之后，现在可以运行 GCC 的 configure 检测脚本了，很多项目都会有一个 configure 的文件，这是一个shell脚本，只是对环境做一些检测，并不是真正开始编译。一些常见的错误，例如 缺少库，库版本不匹配等等，都会在这个阶段检测处理。
执行以下命令开始编译：
cd ~/Documents/gcc_project/gcc-7.5.0
./configure CFLAGS="-g -O0" --prefix=/usr/local/gcc_7.5.0 \
--with-gmp=/usr/local/gmp_4.3.2 \
--with-mpfr=/usr/local/mpfr_2.4.2 --with-mpc=/usr/local/mpc_0.8.1 \
-enable-checking=release -enable-languages=c,c++ -disable-multilib
make -j48注意，不要运行 make install ，让可执行文件保留在源码目录，方便调试。
这里讲一个扩展知识点，在其他开源项目里， configure 不一定会生成 makefile，没有标准说 configure 脚本一定要生成 makefile 文件，有些项目为了管理方便，本身就有 makefile，configure 只是生成一个子 makefile 让 主 makefile 能包进去。
GCC7.5的编译过程，采用了 bootstrapping 的技术，这个过程看起来很像套娃，一个套一个。他是先用我机器自带的 gcc 编译器，编译 gcc7.5 的源码 生成 gcc7.5 编译器，再用 新的 gcc7.5 编译器 编译 gcc7.5 的源码，生成 编译器 gcc7.5-B，然后 用 gcc7.5-B 编译器再编译一次gcc7.5 的源码 生成 编译器 gcc7.5-C。
最后 比对 gcc7.5-B 跟 gcc7.5-C 的内容，如果相同，就说明编译成功，如果不同，说明生成的编译器有问题。详细内容可以参考这个文档 《How are GCC and g++ bootstrapped》
上面的 命令 运行完毕之后，就会在源码目录生成以下 cc1 可执行文件，虽然《深入理解计算机系统》说 cpp 是预处理器， cc1 是编译器。但是技术发展到现在，cc1 这个命令，他是预处理器，也是汇编器，如下：
cc1 可执行文件已经编译出来，现在就来试一下这个文件好不好使，请下载测试代码包，百度网盘，提取码：tsdn 。把代码包放在 ~/Documents/ 目录。测试命令如下：
cd ~/Documents/c-test
/home/ubuntu/Documents/gcc_project/gcc-7.5.0/host-x86_64-pc-linux-gnu/gcc/cc1 -E -o main.o main.c
从上图可以看到 ，sum.h 的内容已经被包进去 main.i 文件里面了。然后，编译命令如下：
/home/ubuntu/Documents/gcc_project/gcc-7.5.0/host-x86_64-pc-linux-gnu/gcc/cc1 -o main.s main.i编译命令也是没有问题的，可以正常把 C 程序翻译成汇编指令。
下面开始配置 clion 进行调试 cc1 这个编译器的源码。
1，添加一个 Makefile Target ，如下图，直接把 Makefile 文件的路径填进去即可。Target 留空就会编译默认target。
2，添加 一个 Makefile Application，如下图：
这一步有几个注意的地方，里面的路径之类的，要根据自己的环境做调整，然后是那个 Target，Clion 2021 有时候会抽风不显示，需要你点后面那个设置按钮，1随便加一个 target ，再返回来，他就会显示出来了。
3，cc1 程序的 main 入口在 gcc/main.c ，直接在这个位置入口打个断点。如下图：
现在断点调试已经成功了，就可以一步一步调试 编译器的源码。
至此，《编译系统-自底向上研究方法》一书已经从最底层的 ELF 讲到了 最上层的编译器cc1，本来还想讲一下编译器的 词法分析逻辑，不过我还没看源码。后续本书的更新会比较缓慢。在这里推荐一些学习资料，方便有兴趣的读者继续深入研究。
1，《深入分析GCC》- 王亚刚，这本书讲的是 GCC4.4 版本的数据结构以及一些内部逻辑，非常不错。
2，《编译系统透视》- 新设计团队，这本书采用的 GCC 是自己精简过的代码，没有说是哪个版本，也没提供代码下载，不过有大量的插图跟视频动画，推荐阅读。
3，《现代编译原理C语言描述》《编译原理》《编译器设计》这3本书都是理论书籍，推荐阅读。
4，《汇编语言基于x86》这本书是 x86 汇编的入门书籍，推荐阅读。
通过 clion 断点调试，再结合这些书籍的理论实战知识，相信读者应该会很快掌握编译原理的精髓。
最后再讲一个扩展知识，我们知道 不同平台有不同的可运行文件格式，Windows 的PE格式，Linux 的ELF格式。有一种比较常用的编译方式是跨平台编译，例如在 Linux 系统编译出 exe 文件，放到 windows 运行。这个是因为 gcc 编译系统认识各种平台格式，只要把数据指令按照不同平台的标准放置，就是跨平台编译。
跨平台编译在一些嵌入式开发经常用，因为嵌入式设备可能没有编译环境，他只有运行环境，而且嵌入式设备的性能比较差，编译一些代码可能要很久。所以需要在一个性能特别好的机器把 指令数据 按照嵌入式设备的运行文件格式 弄好，再上传到嵌入式设备，就能运行了。
相关阅读：
3，《深入分析GCC》- 王亚刚
4，《GCC Source Code: An Internal View》
由于笔者的水平有限， 加之编写的同时还要参与开发工作，文中难免会出现一些错误或者不准确的地方，恳请读者批评指正。如果读者有任何宝贵意见，可以加我微信 Loken1，QQ：2338195090。