浅显易懂的GCC使用教程——初级篇

浅显易懂的GCC使用教程——初级篇

  2018-12-17天气暖，属于冬日里出太阳。最近在学习使用gvim，想着抛弃对IDE的依赖同时也是想了解编译的过程，但除了学习gvim繁多的指令外还得先学习使用gcc编译程序。这篇文章将会用浅显易懂的方式记录下gcc的基本使用，同时也不忘扩展探究。

——Author：Calm

• 什么是GCC，它能干什么？

• GCC、gcc、g++三者有何关系？

• 开始开发前该做什么准备？

• gcc常用指令讲解？

• 什么是gcc，它能干什么？

    GCC(GNU Compiler Collection)即GNU编译器套件，属于一种编程语言编译器，其原名为GCC（GNU C Compiler）即GNU c语言编译器，虽然缩写一样但是功能上区别很大。GCC的初衷是为GNU操作系统专门编写的一款编译器，原本的GNU是专用于编译C代码，现如今已扩展为可以编译C、C++、Java、Objective-C等多种编程语言的编译器集合了。这篇文章主要介绍gcc或g++的使用。

• GCC、gcc、g++三者有何关系？

    gcc（GUN C Compiler）是GCC中的c编译器，而g++（GUN C++ Compiler）是GCC中的c++编译器。
    gcc和g++两者都可以编译c和cpp文件，但存在差异。gcc在编译cpp时语法按照c来编译但默认不能链接到c++的库（gcc默认链接c库，g++默认链接c++库）。g++编译.c和.cpp文件都统一按cpp的语法规则来编译。所以一般编译c用gcc，编译c++用g++。后文有时间会继续深入探讨区别。

• 开始开发前该做什么准备？

  • 软件安装教程：
      直接去官网上下载MinGW的包管理器（下载链接：https://osdn.net/projects/mingw/releases/）

      下载好后安装包管理器并运行它，可以看到如下界面：

    

      左侧选择“Basic Setup”选项，右侧勾选（点击“Mark for Installation”）需要安装的组件“mingw32-gcc-g++”。假设你也需要使用MinGW编译Fortran、Object-C、Ada语言的话也可以勾上相应的选项。选择好后点击左上角的Installation菜单中的Apply changes选项即开始在线下载安装相关组件。

      安装好后最好配置下环境变量，把MinGw的bin目录加入到环境变量的path中，这样dos在任意目录下都可以调用bin目录下的可执行文件，其他一些软件也能找到gcc的位置。cmd中输入gcc -v查看版本号。

    

• gcc常用指令讲解？

    用gcc在Windows上编译*.c文件并非直接生成*.exe文件（Linux上为*.out），中间还经历了预处理、编译和汇编几个过程，好在gcc提供了生成中间文件的指令，虽然平时开发的时候很少关注编译过程中生成的这些*.i和*.s文件，但对其有一定的了解总归是好的。

  

  • 【指令】 gcc
      使用gcc指令编译*.c文件可以生成*exe可执行文件。下面我们用一段简单的c代码来讲解，Demo.c内源码如下：

    
    	#include
    	
    	int main(void)
    	{
    	    printf("nihao\n");
    	
    	    return 0;
    	}
    
    

      打开cmd,需要注意的是cmd默认路径一般是c盘，而Demo.c文件可能并不在cmd的默认路径下，我们需要使用dos指令cd到Demo.c所在目录下才能对文件进行操作，示例：

    

      对Demo.c文件执行gcc指令后会在该目录下生成可执行文件a.exe，由于没有制定exe的文件名所以默认为a.exe。

    

      当然也不一定要cd进Demo.c的目录，使用gcc指令时给出Demo.c的绝对路径也可以成功编译，命令如下：

    gcc E:\WorkSpace\Test_gcc\Demo.c

  • 【指令】 -o
      指令-o（小写）用来指定生成的文件名。

    

    结果如下：

    

      生成的文件不一定要在.c所在目录，可以给出路径指定。

    gcc Demo.c -o ..\Demo.exe

      该指令指定将exe生成到上一级目录。

      生成exe后我们试者执行一下看看结果。

    

  • 【指令】 -E（预处理（Preprocessing））
      指令 -E（大写）将执行预处理操作也即生成*.i文件,gcc编译器将对#开头的指令进行解析。我们修改Demo.c中的代码为如下：

    
    	#include 
    	#include 
    	#include "Test.h"
    	
    	int main()
    	{
    	    int a = N;                      //宏常量
    	    int b = 2;
    	    int c = 0;
    	    
    	    c = a + b;
    	    printf("%d\n", c);
    	    
    	    CODE                            //宏替换代码段
    
    		DoNothing();
    	
    	    system("pause");
    	    return 0;
    	}
    
    

    在Demo.c同目录下编辑Test.h文件，源码如下：

    
    	#define N 1
    	
    	#define     CODE      if(c > 2)                              \
    	                                {                            \
    	                                    printf("c > 2\n");       \
    	                                }
    	
    	void DoNothing(void);           //函数声明(该函数未被调用)
    
    

    在Demo.c同目录下编辑Test.c文件，源码如下：

    
    	#include"Test.h"
    	
    	void DoNothing(void)
    	{
    	    ;
    	
    	    return ;
    	}
    
    

      从源码可知Demo.c中在预处理阶段需要把调用的头文件包含进来，替换宏常量和宏代码段。我们执行指令gcc -E Demo.c -o Demo.i并看看Demo.i文件中的代码。

    Demo.i文件内容：

    

      -E 指令使gcc执行预处理，预处理时对#类指令进行处理（包含头文件、替换宏常量和宏代码段等操作），也就不难理解为何Demo.i文件会很大了（38KB），整个工程最后被揉合成一个大文件。预处理把注释都去掉了，所以反编译回来的代码是没有注释的！因为注释早就被去掉了。另外可以一提的是使用指令gcc -E Demo.c不指定输出的文件名时内容将会直接输出到Dos框中，而不会产生文件。

      我们知道c语言出现语法错误时编译器将会报错，但检查语法错误是在预处理、编译、汇编、链接、生成可执行文件中的哪个阶段执行的呢？为了方便我们编辑Demo2.c代码，有意使源码代码由于错误测试预处理阶段是否会报语法错误。

    
    	#include
    	
    	int main(void)
    	{
    	    aabbccdd          //此处有语法错误
    	
    	    return 0;
    	}
    
    

      对Demo2.c执行预处理操作gcc -E Demo2.c。

    

      由此可知预处理阶段不检查语法错误。

  • 【指令】 -S（编译（Compiling））
      执行-S（大写）指令将*.i文件中源码转化为汇编代码*.s文件。我们执行指令gcc -S Demo.i -o Demo.s，在当前目录下将生成Demo.s文件，用记事本打开会发现c源码已经被编译器转化为汇编代码。

    

      如果使用指令gcc -S Demo.i即不指定输出文件名，默认也将会在当前目录下产生文件Demo.s。

      关于前面含有语法错误的Demo2.c我们在编译阶段再试一次，看看是否能检查出语法错误。

    

      对语法的检查是再编译阶段进行的。

  • 【指令】 -c（汇编（Assembling））
      执行-c（小写）指令将*.s文件中的汇编源码转化未机器能执行的二进制机器码，生成文件*.o。执行指令gcc -c Demo.s -o Demo.o。生成的Demo.o为二进制文件，用记事本打开就是一堆乱码，我这里就不贴图出来了。

  • 【指令】 gcc *.o（链接（Linking））
      经过汇编处理后生成的二进制文件Demo.o虽然已经机器码，但仍然无法运行因为少了链接操作。链接操作可执行指令gcc Demo.o -o Demo.exe

    

      对Demo.o执行链接操作出现报错，提示找不到函数DoNothing的定义。预处理阶段值时将头文件包含进Demo.i文件中，也即Demo.i中含有函数的声明部分，所以编译阶段只检查函数的声明和调用处是否符合函数原型，并未去检查其他*.c文件中的函数定义。
      链接阶段就是要把函数库中的函数定义给关联进来，找不到函数定义当然会报错。那么问题来了，我们调用的标准库函数printf为何不报错？其实库函数也不例外，在链接阶段需要关联到函数定义，它的声明部分在标准库函数头文件stdio.h中已给出，而实现部分在某个标准库中封装好了，不同的系统下还会有差异。gcc在链接时默认是包含标准库的库文件路径的，所以它能找到printf函数的定义而不会报错。而DoNothing函数是我们用户自己编写，并未封装成库的形式gcc当然找不到它的定义。倘若把Demo.c中的DoNothing函数调用去掉可以成功执行链接操作吗？当然可以！

      为了让Demo.o能成功的生成可执行文件Demo.exe，我们可以将Test.c封装成静态库供其调用，这样就有函数定义了。执行指令gcc -c Test.c -o Test.o生成Test.o二进制文件。这里并不是不用对Test.c执行预处理和编译操作，而是编译器帮我们做了。接着将Test.o生成静态库文件libTest.a，然后再次尝试对Demo.o执行链接操作。

    

      可以看到这次编译器没有报错且成功生成了Demo.exe，执行结果也与预期一直。
      关于生成静态库和动态库的gcc指令以及更多其他指令，静态库和动态库的区别和作用，等有时间了继续写个中级篇来讲解吧，一篇文章写得太长大家看了也会枯燥，我写着也需要休息。