Linux学习总结（四）：Linux下使用GCC编译

本文经野火《i.MX Linux开发实战指南》整理而来。

1.Ubuntu16.04系统下的HelloWorld

（1）创建工作目录

mkdir -p ~/workdir/example/hello_c

（2）编写代码文件

使用vscode编写以下代码并保存

 #include 

int main() 
{
	printf("hello, world! This is a C program.\n");
	for(int i=0;i<10;i++ ){
		printf("output i=%d\n",i);
	}

	return 0;
}

（3）编译并执行

#在目标文件目录下执行命令
gcc hello.c –o hello #使用gcc把hello.c编译成hello程序

ls        #查看目录下的文件
./hello   #执行生成的hello程序
#若提示权限不够或不是可执行文件，执行如下命令再运行hello程序
chmod u+x hello #给hello文件添加可执行权限

2.GCC介绍

（1）GCC工具链组件

GCC编译工具链是指以GCC编译器为核心的一套工具，用于把源代码转化成可执行程序，主要包含以下三部分：

• gcc-core：即GCC编译器，用于完成预处理和编译过程，例如把C代码转换成汇编代码。
• Binutils ：除GCC编译器外的一系列小工具包括了链接器ld，汇编器as、目标文件格式查看器readelf等。
• glibc：包含了主要的 C语言标准函数库，C语言中常常使用的打印函数printf、malloc函数就在glibc 库中。

（2）基本命令语法

gcc  [选项]  输入的文件名

常用选项：

• -o：小写字母”o”，指定生成的可执行文件的名字，不指定的话生成的可执行文件名为a.out。
• -E：只进行预处理，既不编译，也不汇编。
• -S：只编译，不汇编。
• -c：编译并汇编，但不进行链接。
• -g：生成的可执行文件带调试信息，方便使用gdb进行调试。
• -Ox：大写字母”O”加数字，设置程序的优化等级，如”-O0”“-O1” “-O2” “-O3”， 数字越大代码的优化等级越高，编译出来的程序一般会越小，但有可能会导致程序不正常运行。

（3）GCC编译过程

GCC 编译工具链在编译一个C源文件时需要经过以下 4 步：

• 预处理：对源代码文件中的文件包含(include)、 预编译语句(如宏定义define等)进行展开，生成.i文件。可理解为把头文件的代码、宏之类的内容转换成更纯粹的C代码，头文件中引用的内容汇总到一处,生成的文件以.i为后缀。
• 编译，把预处理后的.i文件通过编译成为汇编语言，生成.s文件，即把代码从C语言转换成汇编语言(编译器)
• 汇编，将汇编语言文件经过汇编，生成目标文件的.o文件，每一个源文件都对应一个目标文件。即把汇编语言的代码转换成机器码(汇编器)。
• 链接，将每个源文件对应的.o文件链接起来，就生成一个可执行程序文件(链接器)。

#直接编译成可执行文件
gcc hello.c -o hello

#以上命令等价于执行以下全部操作
#预处理，可理解为把头文件的代码汇总成C代码，把*.c转换得到*.i文件
gcc –E hello.c –o hello.i

#编译，可理解为把C代码转换为汇编代码，把*.i转换得到*.s文件
gcc –S hello.i –o hello.s

#汇编，可理解为把汇编代码转换为机器码，把*.s转换得到*.o，即目标文件
gcc –c hello.s –o hello.o

#链接，把不同文件之间的调用关系链接起来，把一个或多个*.o转换成最终的可执行文件
gcc hello.o –o hello

Linux下生成的*.o目标文件、*.so动态库文件以及链接生成的可执行文件都是elf格式的， 可以使用”readelf”工具来查看它们的内容:

#在文件目录执行命令
readelf -a hello.o

（4）链接过程特别说明

例如一个工程里包含了A和B两个代码文件，编译后生成了A.o和B.o目标文件， 如果在代码A中调用了B中的某个函数fun，那么在A的代码中只要包含了fun的函数声明， 编译就会通过，而不管B中是否真的定义了fun函数（当然，如果函数声明都没有，编译也会报错）。 也就是说A.o和B.o目标文件在编译阶段是独立的，而在链接阶段， 链接过程需要把A和B之间的函数调用关系理顺，也就是说要告诉A在哪里能够调用到fun函数， 建立映射关系，所以称之为链接。若链接过程中找不到fun函数的具体定义，则会链接报错。

链接分为两种：

• 动态链接：GCC编译时的默认选项。动态是指在应用程序运行时才去加载外部的代码库，例如printf函数的C标准代码库*.so文件存储在Linux系统的某个位置，hello程序执行时调用库文件*.so中的内容，不同的程序可以共用代码库。 所以动态链接生成的程序比较小，占用较少的内存。
• 静态链接，链接时使用选项”–static”，它在编译阶段就会把所有用到的库打包到自己的可执行程序中。静态链接的优点是具有较好的兼容性，不依赖外部环境，但是生成的程序比较大。

#动态链接，生成名为hello的可执行文件
gcc hello.o –o hello
#静态链接，使用--static参数，生成名为hello_static的可执行文件
gcc hello.o –o hello_static --static

在Ubuntu下，可以使用ldd工具查看动态文件的库依赖，而静态文件没有库依赖：

#在hello所在的目录执行如下命令
ldd hello
ldd hello_static