C 컴파일 4단계 — Preprocess·Compile·Assemble·Link 추적
#한 줄 요약
“
gcc main.c는 사실 4개의 도구를 차례로 부른 것입니다.” preprocess → compile → assemble → link. 각 단계를 분리해 보면 디버깅이 훨씬 쉬워집니다.
#어떤 상황에서 쓰나
- 매크로가 예상대로 펼쳐졌는지 확인하고 싶을 때
- 컴파일러가 만든 assembly를 보고 최적화 결과 확인
- Linker error의 단계별 원인 추적
- 빌드 시스템에서 단계별 캐싱 설계
#핵심 개념
#1) 4단계 — 도구별 역할
main.c ──[1]──→ main.i ──[2]──→ main.s ──[3]──→ main.o ──[4]──→ app.elf cpp cc1 as ld (preprocess) (compile) (assemble) (link)| 단계 | 도구 | 입력 | 출력 |
|---|---|---|---|
| Preprocess | cpp | .c + 헤더 | .i (전개된 C 소스) |
| Compile | cc1 | .i | .s (assembly) |
| Assemble | as | .s | .o (object) |
| Link | ld | .o + library | .elf (실행) |
#2) GCC 단계별 옵션
| 옵션 | 의미 |
|---|---|
-E | preprocess만 (.i 출력) |
-S | compile까지 (.s 출력) |
-c | assemble까지 (.o 출력) |
| (none) | link까지 |
#3) Preprocess — .i
매크로 확장, #include 삽입, 조건부 컴파일이 일어납니다.
#define LED_PIN 5#include <stdint.h>
int main(void) { uint32_t pin = 1 << LED_PIN; return pin;}arm-none-eabi-gcc -E main.c -o main.imain.i는 수백 줄의 전개 결과입니다. 마지막에 다음과 비슷한 코드:
typedef unsigned int uint32_t;# 4 "main.c"int main(void) { uint32_t pin = 1 << 5; return pin;}매크로 디버깅 시 가장 빠른 도구입니다.
#4) Compile — .s
.i를 architecture에 맞는 assembly로 변환합니다.
arm-none-eabi-gcc -S -mcpu=cortex-m4 -mthumb main.c -o main.smain: movs r0, #32 @ 1 << 5 bx lr-O2 등 최적화 옵션의 효과를 직접 봅니다.
#5) Assemble — .o
.s를 binary로 변환합니다. 아직 외부 symbol 참조는 unresolved입니다.
arm-none-eabi-as -mcpu=cortex-m4 -mthumb main.s -o main.oarm-none-eabi-nm main.o# 00000000 T mainnm으로 symbol을 확인합니다.
#6) Link — .elf
여러 .o와 libraries를 합쳐 최종 실행 파일을 만듭니다. linker script가 메모리 배치를 결정합니다.
arm-none-eabi-ld -T linker.ld main.o startup.o -o app.elfarm-none-eabi-objdump -h app.elf# Sections:# Idx Name Size VMA# 0 .text 00000040 08000000# 1 .data 00000008 20000000# 2 .bss 00000020 20000008#코드 / 실제 사용 예
매크로 확장 결과를 보는 디버깅:
# 어떤 헤더에서 정의된 매크로인지 모를 때arm-none-eabi-gcc -E -dM main.c | grep RCC_AHB1# #define RCC_AHB1ENR_GPIOAEN ((uint32_t)0x00000001)# ...
# 특정 헤더 위치 확인arm-none-eabi-gcc -E -H main.c 2>&1 | head# . /usr/include/stdint.h# .. /usr/include/sys/_stdint.h최적화 결과 확인:
# -O0 vs -O2 비교arm-none-eabi-gcc -S -O0 main.c -o main-O0.sarm-none-eabi-gcc -S -O2 main.c -o main-O2.sdiff main-O0.s main-O2.s특정 함수만 assembly로 보기:
arm-none-eabi-objdump -d main.o | grep -A 20 "<my_function>"Inline 대상 결정 확인:
arm-none-eabi-gcc -O2 -fdump-tree-einline main.c# main.c.157t.einline 파일이 생성됨#측정 / 비교
| 단계 | 시간 (간단한 main.c) | 출력 크기 |
|---|---|---|
| Preprocess | 10 ms | 200 KB (.i, 전개된 헤더 포함) |
| Compile | 30 ms | 500 B (.s) |
| Assemble | 5 ms | 100 B (.o) |
| Link | 50 ms (libc 검색) | 2 KB (.elf) |
| 옵션 | 효과 |
|---|---|
-pipe | 단계 간 임시 파일 안 만들고 파이프로 |
-fsyntax-only | parse만 (출력 없음, 빠른 검증) |
-v | 각 단계의 실제 호출 표시 |
#자주 보는 함정
⚠️ Preprocess 결과 안 보고 매크로 디버깅
매크로 충돌, 우선순위 문제는 .i 파일을 직접 보면 즉시 해결됩니다.
⚠️
-S출력에서 함수 사라짐
-O2 이상에서 inline된 함수는 별도 entry가 안 보입니다. 그 함수가 inline 된 호출자 코드를 봐야 합니다.
⚠️ Object file의 section을 모르고 size 분석
size 명령은 .text, .data, .bss만 보여줍니다. 진짜 분석은 objdump -h로 모든 section을 봐야 합니다.
⚠️ Link 단계의 search path 부족
-L<path> 없이 외부 library를 찾으면 linker가 default path만 봅니다. -v 옵션으로 실제 search path 확인.
⚠️
-c빠뜨리고 여러 파일 빌드
gcc a.c b.c -o app 하면 link까지 진행해 _start나 startup 함수 없으면 error. gcc -c a.c gcc -c b.c 후 link.
#정리
- 한 번의
gcc main.c는 사실 cpp, cc1, as, ld 4단계가 차례로 실행됩니다. -E,-S,-c로 단계별 중간 산출물을 만들 수 있습니다..i로 매크로,.s로 최적화,.o로 symbol,.elf로 메모리 배치를 확인합니다.-v,-dM,-H옵션으로 빌드 내부를 들여다봅니다.- 단계 분리는 빌드 디버깅의 가장 강력한 도구입니다.
다음 편에서는 ELF 파일 구조를 다룹니다. .elf의 내부를 dissect 합니다.
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