Linux编译工具:gcc入门

1. 什么是gcc

gcc的全称是GNU Compiler Collection,它是一个能够编译多种语言的编译器。最开始gcc是作为C语言的编译器(GNU C Compiler),现在除了c语言,还支持C++、java、Pascal等语言。gcc支持多种硬件平台。

2. gcc的特点

  • gcc是一个可移植的编译器,支持多种硬件平台。例如ARM、X86等等。
  • gcc不仅是个本地编译器,它还能跨平台交叉编译。所谓的本地编译器,是指编译出来的程序只能够在本地环境进行运行。而gcc编译出来的程序能够在其他平台进行运行。例如嵌入式程序可在x86上编译,然后在arm上运行。
  • gcc有多种语言前端,用于解析不同的语言。
  • gcc是按模块化设计的,可以加入新语言和新CPU架构的支持。
  • gcc是自由软件。任何人都可以使用或更改这个软件。

3. gcc编译程序的过程

gcc编译程序主要经过四个过程:

  • 预处理(Pre-Processing)
  • 编译 (Compiling)
  • 汇编 (Assembling)
  • 链接 (Linking)

预处理实际上是将头文件、宏进行展开。编译阶段,gcc调用不同语言的编译器,例如c语言调用编译器ccl。gcc实际上是个工具链,在编译程序的过程中调用不同的工具。汇编阶段,gcc调用汇编器进行汇编。链接过程会将程序所需要的目标文件进行链接成可执行文件。汇编器生成的是可重定位的目标文件,学过操作系统,我们知道,在源程序中地址是从0开始的,这是一个相对地址,而程序真正在内存中运行时的地址肯定不是从0开始的,而且在编写源代码的时候也不能知道程序的绝对地址,所以重定位能够将源代码的代码、变量等定位为内存具体地址。下面以一张图来表示这个过程,注意过程中文件的后缀变化,编译选项和这些后缀有关。

这是GCC编译的四个步骤。

4. gcc常用选项

来看一下gcc常用选项

选项名

作用

-o

产生目标(.i、.s、.o、可执行文件等)

-E

只运行C预编译器

-S

告诉编译器产生汇编程序文件后停止编译,产生的汇编语言文件拓展名为.s

-c

通知gcc取消连接步骤,即编译源码,并在最后生成目标文件

-Wall

使gcc对源文件的代码有问题的地方发出警告

-Idir

将dir目录加入搜索头文件的目录路径

-Ldir

将dir目录加入搜索库的目录路径

-llib

连接lib库

-g

在目标文件中嵌入调试信息,以便gdb之类的调试程序调试

现在我们有源文件hello.c,下面是一些gcc的使用示例:

gcc -E hello.c -o hello.i   对hello.c文件进行预处理,生成了hello.i 文件
gcc -S hello.i -o hello.s    对预处理文件进行编译,生成了汇编文件
gcc -c hello.s -o hello.o  对汇编文件进行编译,生成了目标文件
gcc hello.o -o hello 对目标文件进行链接,生成可执行文件
gcc hello.c -o hello 直接编译链接成可执行目标文件
gcc -c hello.c 或 gcc -c hello.c -o hello.o 编译生成可重定位目标文件

使用gcc时可以加上-Wall选项。下面这个例子如果不加上-Wall选项,编译器不会报出任何错误或警告,但是程序的结果却不是预期的:

//bad.c
#include<stdio.h>
int main()
{
    printf("the number is %f ",5);  //程序输出了the number is 0.000000,结果错误
    return 0;
 }

使用-Wall选项:

gcc -Wall bad.c -o bad

gcc将输出警告信息:

warning: format ‘%f’ expects argument of type ‘double’, but argument 2 has type ‘int’ [-Wformat=] printf("the number is %f\n",5);

5. gcc编译多个文件

假设现在有三个文件:hello.c hello.h main.c ,三个文件的内容如下:

// hello.c
#include<stdio.h>
#include"hello.h"
void printHello()
{
        printf("hello world!\n");
}
//main.c
#include<stdio.h>
#include"hello.h"
int main()
{
        printHello();
        return 0;
}
//hello.h
//仅包含函数声明
#ifndef _HELLO_
#define _HELLO_
void printHello();
#endif

编译这三个文件,可以一次编译:

gcc hello.c main.c -o main 生成可执行文件main

也可以独立编译:

gcc -Wall -c main.c -o main.o gcc -Wall -c hello.c -o hello.o gcc -Wall main.o hello.o -o main

独立编译的好处是,当其中某个模块发送改变时,只需要编译该模块就行,不必重新编译所有文件,这样可以节省编译时间。

6. 使用外部库

在使用C语言和其他语言进行程序设计的时候,我们需要头文件来提供对常数的定义和对系统及库函数调用的声明。库文件是一些预先编译好的函数集合,那些函数都是按照可重用原则编写的。它们通常由一组互相关联的可重用原则编写的,它们通常由一组互相关联的用来完成某项常见工作的函数构成。使用库的优点在于:

  • 模块化的开发
  • 可重用性
  • 可维护性

库又可以分为静态库与动态库:

  • 静态库(.a):程序在编译链接的时候把库的代码链接到可执行文件中。程序运行的时候将不再需要静态库。静态库比较占用磁盘空间,而且程序不可以共享静态库。运行时也是比较占内存的,因为每个程序都包含了一份静态库。
  • 动态库(.so或.sa):程序在运行的时候才去链接共享库的代码,多个程序共享使用库的代码,这样就减少了程序的体积。

一般头文件或库文件的位置在:

  • /usr/include及其子目录底下的include文件夹
  • /usr/local/include及其子目录底下的include文件夹
  • /usr/lib
  • /usr/local/lib
  • /lib

7. 生成静态库

为了生成.a文件,我们需要先生成.o文件。下面这行命令将我们的hello.o打包成静态库libhello.a:

ar rcs libhello.a hello.o

ar是gun归档工具,rcs表示replace and create,如果libhello之前存在,将创建新的libhello.a并将其替换。

然后就可以这样来使用静态库libhello.a

gcc -Wall main.c libhello.a -o main

还有另外一种使用方式:

gcc -Wall -L. main.c -o main -lhello 【lhello 是 libhello的缩写】

其中 -L.表示库文件的位置在当前目录下,由于libhello.a是我们自己生成的,并存放在当前录下下,所以需要加上-L.选项。默认库文件是在系统的目录下进行搜索。同样的,-I.选项用于头文件的搜索。

8. 生成共享库

生成一个共享库,名称的规则是libxxx.so。将刚才hello.o生成libhello.so的命令为:

gcc -shared -fPIC hello.o -o libhello.so

生成了共享库之后,可以这样来使用共享库:

gcc -Wall main.o -o main -L. -lhello

该命令与使用静态库的命令相同,但是在共享库与静态库共存的情况下,优先使用共享库。

共享库有时候并不不在当前的目录下,为了让gcc能够找得到共享库,有下面几种方法:

  1. 拷贝.so文件到系统共享库路径下,一般指/usr/lib
  2. 在~/.bash_profile文件中,配置LD_LIBRARY_PATH变量
  3. 配置/etc/ld.so.conf,配置完成后调用ldconfig更新ld.so.cache

其中,shared选项表示生成共享库格式。fPIC表示产生位置无关码(position independent code),位置无关码表示它的运行、加载与内存位置无关,可以在任何内存地址进行加载。

9. 库的搜索路径

库的搜索路径遵循几个搜索原则:从左到右搜索-I -l指定的目录,如果在这些目录中找不到,那么gcc会从由环境 变量指定的目录进行查找。头文件的环境变量是C_INCLUDE_PATH,库的环境变量是LIBRARY_PATH.如果还是找不到,那么会从系统指定指定的目录进行搜索。

文章链接:http://www.cnblogs.com/QG-whz/p/5456720.html

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