gcc编译

一、GCC简介

GCC（GNU Compiler Collection）是 GNU 工具链的主要组成部分，是一套以 GPL 和 LGPL 许可证发布的程序语言编译器自由软件，由 Richard Stallman 于 1985 年开始开发。

GCC 原名为 GNU C语言编译器，因为它原本只能处理 C 语言，但如今的 GCC 不仅可以编译 C、C++ 和 Objective-C，还可以通过不同的前端模块支持各种语言，包括 Java、Fortran、Ada、Pascal、Go 和 D 语言等等。

GCC 的编译过程可以划分为四个阶段：

• 预处理（Pre-Processing）：生成 .i 的文件[预处理器cpp]
• 编译（Compiling）：  将预处理后的文件转换成汇编语言, 生成文件 .s [编译器egcs]
• 汇编（Assembling）：  由汇编变为目标代码(机器代码)生成 .o 的文件[汇编器as]
• 链接生成可执行文件（Linking） [链接器ld]

 

安装：

# 安装c编译器（linux需安装python-devel, gcc）
centos: yum install python-devel  gcc
ubuntu: apt-get install build-essential

二、GCC使用

nist@zq-node2:~/test$ gcc --help
Usage: gcc [options] file...
Options:-pass-exit-codes         从一个阶段以最高错误代码退出.--help                   Display this information.--target-help            显示特定于目标的命令行选项.--help={common|optimizers|params|target|warnings|[^]{joined|separate|undocumented}}[,...].显示特定类型的命令行选项.(使用 '-v --help' 显示子进程的命令行选项).--version                显示编译器版本信息.-dumpspecs               显示所有内置规范字符串.-dumpversion             显示编译器的版本.-dumpmachine             显示编译器的目标处理器.-print-search-dirs       显示编译器搜索路径中的目录.-print-libgcc-file-name  显示编译器配套库的名称.-print-file-name=<lib>   显示库 <lib> 的完整路径.-print-prog-name=<prog>  显示编译器组件 <prog> 的完整路径.-print-multiarch         显示目标的规范化 GNU 三元组，用作库路径中的一个组件.-print-multi-directory   显示 libgcc 版本的根目录.-print-multi-lib         显示命令行选项和多个库搜索目录之间的映射.-print-multi-os-directory 显示操作系统库的相对路径.-print-sysroot           显示目标库目录.-print-sysroot-headers-suffix 显示用于查找headers的sysroot后缀.-Wa,<options>            将逗号分隔的 <options> 传递给汇编器（assembler）.-Wp,<options>            将逗号分隔的 <options> 传递给预处理器（preprocessor）-Wl,<options>            将逗号分隔的 <options> 传递给链接器（linker）-Xassembler <arg>        将 <arg> 传递给汇编器（assembler）.-Xpreprocessor <arg>     将 <arg> 传递给预处理器（preprocessor）.-Xlinker <arg>           将 <arg> 传递给链接器（linker）.-save-temps              不用删除中间文件.-save-temps=<arg>        不用删除指定的中间文件.-no-canonical-prefixes   在构建其他 gcc 组件的相对前缀时，不要规范化路径.-pipe                    使用管道而不是中间文件-time                    为每个子流程的执行计时.-specs=<file>            使用 <file> 的内容覆盖内置规范.-std=<standard>          假设输入源用于＜standard＞。--sysroot=<directory>    使用<standard>作为headers和libraries的根目录.-B <directory>           将 <directory> 添加到编译器的搜索路径.-v                       显示编译器调用的程序.-###                     与 -v 类似，但引用的选项和命令不执行.-E                       仅执行预处理（不要编译、汇编或链接）.-S                       只编译（不汇编或链接）.-c                       编译和汇编，但不链接.-o <file>                指定输出文件. gcc 编译出来的文件默认是 a.out-pie                     创建一个动态链接、位置无关的可执行文件-shared                  创建共享库/动态库.-g：                     生成调试信息-w：                       不生成任何警告-Wall：                    编译时 显示Warning警告，但只会显示编译器认为会出现错误的警告-x <language>         指定以下输入文件的语言。允许的语言包括：c c++汇编程序none“none”表示恢复到的默认行为根据文件的扩展名猜测语言。
Options starting with -g, -f, -m, -O, -W, or --param are automaticallypassed on to the various sub-processes invoked by gcc.  In order to passother options on to these processes the -W<letter> options must be used.
For bug reporting instructions, please see:
<file:///usr/share/doc/gcc-9/README.Bugs>.-shared:
编译动态库时要用到
-pthread:
在Linux中要用到多线程时，需要链接pthread库
-fPIC:
作用于编译阶段，告诉编译器产生与位置无关代码(Position-Independent Code)，
则产生的代码中，没有绝对地址，全部使用相对地址，故而代码可以被加载器加载到内存的任意
位置，都可以正确的执行。这正是共享库所要求的，共享库被加载时，在内存的位置不是固定的。
-fwrapv:
它定义了溢出时候编译器的行为——采用二补码的方式进行操作
-O参数
这是一个程序优化参数，一般用-O2就是，用来优化程序用的
-O2：
会尝试更多的寄存器级的优化以及指令级的优化，它会在编译期间占用更多的内存和编译时间。
-O3： 在O2的基础上进行更多的优化
-Wall:
编译时 显示Warning警告,但只会显示编译器认为会出现错误的警告
-fno-strict-aliasing:
“-fstrict-aliasing”表示启用严格别名规则，“-fno-strict-aliasing”表示禁用严格别名规则，当gcc的编译优化参数为“-O2”、“-O3”和“-Os”时，默认会打开“-fstrict-aliasing”。
-I (大写的i):
是用来指定头文件目录
-I /home/hello/include表示将/home/hello/include目录作为第一个寻找头文件的目录，寻找的顺序是：/home/hello/include-->/usr/include-->/usr/local/include
-l:
-l(小写的 L)参数就是用来指定程序要链接的库，-l参数紧接着就是库名,把库文件名的头lib和尾.so去掉就是库名了,例如我们要用libtest.so库库，编译时加上-ltest参数就能用上了

2.1、gcc编译的四个步骤 

(10条消息) Linux下gcc命令详解_linux gcc_ENSHADOWER的博客-CSDN博客

预处理：            gcc -E Test.c -o Test.i    # -E选项，可以让编译器在预处理后停止，并输出预处理结果
编译：              gcc -S Test.i -o Test.s    # -S选项，表示在程序编译期间，将我们的代码编译成汇编语言。
汇编：              gcc -c Test.s -o Test.o    # -c选项，表示由汇编器负责将刚才的.s文件编译为目标文件，即计算机所能识别的序列。
链接生成可执行文件： gcc Test.o -o Test         # 将刚才的Test.o文件与Ｃ标准输入输出库进行连接，最终生成程序Test可执行文件

2.2、多源文件的编译方法

[假设有两个源文件为test.c和testfun.c]

1. 多个文件一起编译

用法：

gcc testfun.c test.c -o test

作用：将testfun.c和test.c分别编译后链接成test可执行文件。

2. 分别编译各个源文件，之后对编译后输出的目标文件链接

用法：

gcc -c testfun.c -o testfun.o    # 将testfun.c编译成testfun.o
gcc -c test.c -o test.o           # 将test.c编译成test.o
gcc -o testfun.o test.o -o test    # 将testfun.o和test.o链接成test

以上两种方法相比较，第一中方法编译时需要所有文件重新编译，而第二种方法可以只重新编译修改的文件，未修改的文件不用重新编译。

2.3、库文件连接

开发软件是需要依赖第三方函数库。

函数库实际上就是一些头文件（.h）和库文件（so、或lib、dll）的集合。

虽然Linux下的大多数函数都默认将头文件放到/usr/include/目录下，而库文件则放到/usr/lib/目录下；Windows所使用的库文件主要放在Visual Stido的目录下的include和lib，以及系统文件夹下。但也有的时候，我们要用的库不再这些目录下，所以GCC在编译时必须用自己的办法来查找所需要的头文件和库文件。

例如我们的程序test.c是在linux上使用c连接mysql，这个时候我们需要去mysql官网下载MySQL Connectors的C库，下载下来解压之后，有一个include文件夹，里面包含mysql connectors的头文件，还有一个lib文件夹，里面包含二进制so文件libmysqlclient.so

其中inclulde文件夹的路径是/usr/dev/mysql/include，lib文件夹是/usr/dev/mysql/lib

静态库链接时搜索路径顺序：

1. ld会去找GCC命令中的参数-L
2. 再找gcc的环境变量LIBRARY_PATH
3. 再找内定目录 /lib、  /usr/lib、   /usr/local/lib 这是当初compile gcc时写在程序内的

动态链接时、执行时搜索路径顺序:

1. 编译目标代码时指定的动态库搜索路径
2. 环境变量LD_LIBRARY_PATH指定的动态库搜索路径
3. 配置文件/etc/ld.so.conf中指定的动态库搜索路径
4. 默认的动态库搜索路径/lib
5. 默认的动态库搜索路径/usr/lib

有关环境变量：

• LIBRARY_PATH环境变量：指定程序静态链接库文件搜索路径
• LD_LIBRARY_PATH环境变量：指定程序动态链接库文件搜索路径

三、示例

3.1、阶段编译

假设有文件 hello.c，内容如下 ：

#include <stdio.h>int main(void)
{printf("Hello, GetIoT\n");return 0;
}

1、编译 hello.c，默认输出 a.out ：

gcc hello.c

编译 hello.c 并指定输出可执行文件为 hello ：

gcc hello.c -o hello

2、只执行预处理，输出 hello.i 源文件 ：

gcc -E hello.c -o hello.i

3、只执行预处理和编译，输出 hello.s 汇编文件 ：

gcc -S hello.c -o hello.s

也可以由 hello.i 文件生成 hello.s 汇编文件 ：

gcc -S hello.i -o hello.s

4、只执行预处理、编译和汇编，输出 hello.o 目标文件 ：

gcc -c hello.c -o hello.o

也可以由 hello.i 或 hello.s 生成目标文件 hello.o：

gcc -c hello.i -o hello.o
gcc -c hello.s -o hello.o

5、由 hello.o 目标文件链接成可执行文件 hello

gcc hello.o -o hello

3.2、使用静态库

创建一个 foo.c 文件，内容如下： ：

#include <stdio.h>void foo(void)
{printf("Here is a static library\n");
}

将 foo.c 编译成静态库 libfoo.a：

gcc -c foo.c           # 生成 foo.o 目标文件
ar rcs libfoo.a foo.o  # 生成 libfoo.a 静态库

查看文件描述 ：

$ file *

修改 hello.c 文件，调用 foo 函数 ：

#include <stdio.h>
void foo(void);int main(void)
{printf("Hello, GetIoT\n");foo();return 0;
}

编译 hello.c 并链接静态库 libfoo.a（加上 -static 选项） ：

gcc hello.c -static libfoo.a -o hello

也可以使用  -L  指定库的搜索路径，并使用  -l  指定库名） ：

gcc hello.c -static -L. -lfoo -o hello

运行结果：

$ ./hello

查看 hello 文件描述 ：

$ file hello

hello: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (GNU/Linux), statically linked, BuildID[sha1]=f20be3e93d3c316877bbe4292f5ee7e06cf77f27, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped

3.3、使用共享库

修改 foo.c 文件，内容如下 ：

#include <stdio.h>void foo(void)
{printf("Here is a shared library\n");
}

将其编译为动态库/共享库（由于动态库可以被多个进程共享加载，所以需要使用 -fPIC 选项生成位置无关的代码 ：

gcc foo.c -shared -fPIC -o libfoo.so

hello.c 代码无需修改，内容仍然如下 ：

#include <stdio.h>
void foo(void);int main(void)
{printf("Hello, GetIoT\n");foo();return 0;
}

编译 hello.c 并链接共享库 libfoo.so ：

gcc hello.c  libfoo.so -o hello

也可以使用 -L 和 -l 选项指定库的路径和名称 ：

gcc hello.c -L. -lfoo -o hello

但是此时运行 hello 程序失败 ：

$ ./hello

./hello: error while loading shared libraries: libfoo.so: cannot open shared object file: No such file or directory

原因是找不到 libfoo.so 共享库 ：

$ ldd hello
linux-vdso.so.1 (0x00007fff5276d000)
libfoo.so => not found
libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007fcc90fa7000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fcc911bd000)

这是因为 libfoo.so 并不在 Linux 系统的默认搜索目录中，解决办法是我们主动告诉系统，libfoo.so 共享库在哪里 。

方式一 ：设置环境变量  LD_LIBRARY_PATH

export LD_LIBRARY_PATH=$(pwd)

将 libfoo.so 所在的当前目录添加到  LD_LIBRARY_PATH  变量，再次执行 hello

$ ./hello

Hello, GetIoT

Here is a shared library

方式二 ：使用 rpath 将共享库位置嵌入到程序

gcc hello.c -L. -lfoo -Wl,-rpath=`pwd` -o hello

rpath 即 run path，是种可以将共享库位置嵌入程序中的方法，从而不用依赖于默认位置和环境变量。这里在链接时使用  -Wl,-rpath=/path/to/yours  选项， -Wl  会发送以逗号分隔的选项到链接器，注意逗号分隔符后面没有空格哦。

这种方式要求共享库必须有一个固定的安装路径，欠缺灵活性，不过如果设置了  LD_LIBRARY_PATH ，程序加载时也是会到相应路径寻找共享库的。

方式三 ： 将 libfoo.so 共享库添加到系统路径

sudo cp libfoo.so /usr/lib/

执行程序

$ ./hello

Hello, GetIoT

Here is a shared library

如果 hello 程序仍然运行失败，请尝试执行  ldconfig  命令更新共享库的缓存列表。

此时，再次查看 hello 程序的共享库依赖

$ ldd hello

linux-vdso.so.1 (0x00007ffecfbb1000)

libfoo.so => /lib/libfoo.so (0x00007f3f3f1ad000)

libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f3f3efbb000)

/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f3f3f1d6000)

可以看到 libfoo.so 已经被发现了，其中 /lib 是 /usr/lib 目录的软链接 。

示例代码可以在  GitHub  找到。