Linux编译工具：gcc温习
insularisland 2020-02-16
并做了自己的修改
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。
我这里修改了三个文件，并添加了gmp库、makefile文件
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。
我的编译记录如下：
:~/sha/argc_mfile$ ar rcs libhello.a hello.o :~/sha/argc_mfile$ ls hello.c hello.o main_argc main_argc.o mf_argc_ok3.mk hello.h libhello.a main_argc.c makefile mf_argc_ok.mk :~/sha/argc_mfile$ ls hello.c libhello.a main_argc.c mf_argc_ok3.mk hello.h main main_argc.o mf_argc_ok.mk hello.o main_argc makefile :~/sha/argc_mfile$ gcc main_argc.c libhello.a -o slib -lgmp :~/sha/argc_mfile$ ./slib Argument 0 is ./slib. hello makefile ===gmp c = 21123229 sizeof(int) = 4 sizeof(float) = 4 sizeof(double) = 8 sizeof(short) = 2 sizeof(char) = 1 &a_print = 0x8048806 a=10 b=3.300000 &a_a = 0xbfebdf30 &a_b = 0xbfebdf34 b_print = b_print &b_print = 0x804886b &test_pf = 0x80486f6 &pf = 0x804886b a=1 b=3.300000 &b_a = 0xbfebdf30 &b_b = 0xbfebdf34 b_print = b_print :~/sha/argc_mfile$ gcc -L. main_argc.c -o lslib -lhello -lgmp :~/sha/argc_mfile$ ls hello.c libhello.a main_argc makefile slib hello.h lslib main_argc.c mf_argc_ok3.mk hello.o main main_argc.o mf_argc_ok.mk :~/sha/argc_mfile$ ./lslib Argument 0 is ./lslib. hello makefile ===gmp c = 21123229 sizeof(int) = 4 sizeof(float) = 4 sizeof(double) = 8 sizeof(short) = 2 sizeof(char) = 1 &a_print = 0x8048806 a=10 b=3.300000 &a_a = 0xbfd2fbb0 &a_b = 0xbfd2fbb4 b_print = b_print &b_print = 0x804886b &test_pf = 0x80486f6 &pf = 0x804886b a=1 b=3.300000 &b_a = 0xbfd2fbb0 &b_b = 0xbfd2fbb4 b_print = b_print
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：
- 拷贝.so文件到系统共享库路径下，一般指/usr/lib
- 在~/.bash_profile文件中，配置LD_LIBRARY_PATH变量
- 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。
我的编译记录如下：
:~/sha/argc_mfile$ gcc -shared -fPIC hello.o -o dlibhello.so :~/sha/argc_mfile$ rm dlibhell.so :~/sha/argc_mfile$ ls dlibhello.so hello.o main main_argc.o mf_argc_ok.mk hello.c libhello.a main_argc makefile slib hello.h lslib main_argc.c mf_argc_ok3.mk :~/sha/argc_mfile$ gcc main_argc.o -o dmain_argc -L. -lhello -lgmp :~/sha/argc_mfile$ ls dlibhello.so hello.h lslib main_argc.c mf_argc_ok3.mk dmain_argc hello.o main main_argc.o mf_argc_ok.mk hello.c libhello.a main_argc makefile slib :~/sha/argc_mfile$ ./dmain_argc Argument 0 is ./dmain_argc. hello makefile ===gmp c = 21123229 sizeof(int) = 4 sizeof(float) = 4 sizeof(double) = 8 sizeof(short) = 2 sizeof(char) = 1 &a_print = 0x8048806 a=10 b=3.300000 &a_a = 0xbfb32ac0 &a_b = 0xbfb32ac4 b_print = b_print &b_print = 0x804886b &test_pf = 0x80486f6 &pf = 0x804886b a=1 b=3.300000 &b_a = 0xbfb32ac0 &b_b = 0xbfb32ac4 b_print = b_print
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。
