编译器：GNU工具链GCC编译器的编译方法和编译步骤

https://www.runoob.com/w3cnote/working-process-of-the-compiler.html

https://www.runoob.com/w3cnote/gcc-parameter-detail.html

GCC 参数详解

 

gcc 与 g++ 分别是 gnu 的 c & c++ 编译器 gcc/g++ 在执行编译工作的时候，总共需要4步：

• 1、预处理,生成 .i 的文件[预处理器cpp]
• 2、将预处理后的文件转换成汇编语言, 生成文件 .s [编译器egcs]
• 3、有汇编变为目标代码(机器代码)生成 .o 的文件[汇编器as]
• 4、连接目标代码, 生成可执行程序 [链接器ld]

参数详解

-x language filename

设定文件所使用的语言, 使后缀名无效, 对以后的多个有效。也就是根据约定 C 语言的后缀名称是 .c 的，而 C++ 的后缀名是 .C 或者 .cpp, 如果你很个性，决定你的 C 代码文件的后缀名是 .pig 哈哈，那你就要用这个参数, 这个参数对他后面的文件名都起作用，除非到了下一个参数的使用。 可以使用的参数吗有下面的这些：'c', 'objective-c', 'c-header', 'c++', 'cpp-output', 'assembler', 与 'assembler-with-cpp'。

看到英文，应该可以理解的。

例子用法:

gcc -x c hello.pig 

　　

-x none filename

关掉上一个选项，也就是让gcc根据文件名后缀，自动识别文件类型 。

例子用法:

gcc -x c hello.pig -x none hello2.c 

　　

-c

只激活预处理,编译,和汇编,也就是他只把程序做成obj文件

例子用法:

gcc -c hello.c 

他将生成 .o 的 obj 文件

-S

只激活预处理和编译，就是指把文件编译成为汇编代码。

例子用法:

gcc -S hello.c 

他将生成 .s 的汇编代码，你可以用文本编辑器察看。

-E

只激活预处理,这个不生成文件, 你需要把它重定向到一个输出文件里面。

例子用法:

gcc -E hello.c > pianoapan.txt 
gcc -E hello.c | more 

慢慢看吧, 一个 hello word 也要与处理成800行的代码。

-o

制定目标名称, 默认的时候, gcc 编译出来的文件是 a.out, 很难听, 如果你和我有同感，改掉它, 哈哈。

例子用法:

　　

gcc -o hello.exe hello.c (哦,windows用习惯了) 
　　gcc -o hello.asm -S hello.c

-pipe

　　

使用管道代替编译中临时文件, 在使用非 gnu 汇编工具的时候, 可能有些问题。

　　

gcc -pipe -o hello.exe hello.c 

-ansi

关闭 gnu c中与 ansi c 不兼容的特性, 激活 ansi c 的专有特性（包括禁止一些 asm inline typeof 关键字, 以及 UNIX,vax 等预处理宏）。

-fno-asm

此选项实现 ansi 选项的功能的一部分，它禁止将 asm, inline 和 typeof 用作关键字。

　　　　

-fno-strict-prototype

只对 g++ 起作用, 使用这个选项, g++ 将对不带参数的函数,都认为是没有显式的对参数的个数和类型说明,而不是没有参数。

而 gcc 无论是否使用这个参数, 都将对没有带参数的函数, 认为城没有显式说明的类型。

　　

-fthis-is-varialble

就是向传统 c++ 看齐, 可以使用 this 当一般变量使用。

　　

-fcond-mismatch

允许条件表达式的第二和第三参数类型不匹配, 表达式的值将为 void 类型。

　　

-funsigned-char 、-fno-signed-char、-fsigned-char 、-fno-unsigned-char

这四个参数是对 char 类型进行设置, 决定将 char 类型设置成 unsigned char(前两个参数)或者 signed char(后两个参数)。

　　

-include file

包含某个代码,简单来说,就是便以某个文件,需要另一个文件的时候,就可以用它设定,功能就相当于在代码中使用 #include。

例子用法:

　　

gcc hello.c -include /root/pianopan.h 

　　

-imacros file

　　

将 file 文件的宏, 扩展到 gcc/g++ 的输入文件, 宏定义本身并不出现在输入文件中。

　　

-Dmacro

相当于 C 语言中的 #define macro

　　

-Dmacro=defn

相当于 C 语言中的 #define macro=defn

　　

-Umacro

相当于 C 语言中的 #undef macro

-undef

　　

取消对任何非标准宏的定义

　　

-Idir

在你是用 #include "file" 的时候, gcc/g++ 会先在当前目录查找你所制定的头文件, 如果没有找到, 他回到默认的头文件目录找, 如果使用 -I 制定了目录,他会先在你所制定的目录查找, 然后再按常规的顺序去找。

对于 #include, gcc/g++ 会到 -I 制定的目录查找, 查找不到, 然后将到系统的默认的头文件目录查找 。

　　

-I-

　　

就是取消前一个参数的功能, 所以一般在 -Idir 之后使用。

　　

-idirafter dir

在 -I 的目录里面查找失败, 讲到这个目录里面查找。

　　

-iprefix prefix 、-iwithprefix dir

一般一起使用, 当 -I 的目录查找失败, 会到 prefix+dir 下查找

　　

-nostdinc

　　

使编译器不再系统默认的头文件目录里面找头文件, 一般和 -I 联合使用,明确限定头文件的位置。

　　

-nostdin C++

　

规定不在 g++ 指定的标准路经中搜索, 但仍在其他路径中搜索, 此选项在创 libg++ 库使用 。

　　

-C

　

在预处理的时候, 不删除注释信息, 一般和-E使用, 有时候分析程序，用这个很方便的。

　　

-M

　

生成文件关联的信息。包含目标文件所依赖的所有源代码你可以用 gcc -M hello.c 来测试一下，很简单。

　　

-MM

　

和上面的那个一样，但是它将忽略由 #include 造成的依赖关系。 　　

-MD

　

和-M相同，但是输出将导入到.d的文件里面 　　

-MMD

　

和 -MM 相同，但是输出将导入到 .d 的文件里面。

　　

-Wa,option

　

此选项传递 option 给汇编程序; 如果 option 中间有逗号, 就将 option 分成多个选项, 然 后传递给会汇编程序。

　　

-Wl.option

　

此选项传递 option 给连接程序; 如果 option 中间有逗号, 就将 option 分成多个选项, 然 后传递给会连接程序。

　　

-llibrary

　

制定编译的时候使用的库

　　

例子用法

　　

gcc -lcurses hello.c

　　

使用 ncurses 库编译程序

　　

-Ldir

　　

制定编译的时候，搜索库的路径。比如你自己的库，可以用它制定目录，不然编译器将只在标准库的目录找。这个dir就是目录的名称。

　　

-O0 、-O1 、-O2 、-O3

　　

编译器的优化选项的 4 个级别，-O0 表示没有优化, -O1 为默认值，-O3 优化级别最高。

　 　 　　

-g

　　

只是编译器，在编译的时候，产生调试信息。

　　

-gstabs

　　

此选项以 stabs 格式声称调试信息, 但是不包括 gdb 调试信息。

　　

-gstabs+

　　

此选项以 stabs 格式声称调试信息, 并且包含仅供 gdb 使用的额外调试信息。

　　

-ggdb

　　

此选项将尽可能的生成 gdb 的可以使用的调试信息。

-static

　　

此选项将禁止使用动态库，所以，编译出来的东西，一般都很大，也不需要什么动态连接库，就可以运行。

-share

　

此选项将尽量使用动态库，所以生成文件比较小，但是需要系统由动态库。

-traditional

　　

试图让编译器支持传统的C语言特性。

GCC 是 GNU 的 C 和 C++ 编译器。实际上，GCC 能够编译三种语言：C、C++ 和 Object C（C 语言的一种面向对象扩展）。利用 gcc 命令可同时编译并连接 C 和 C++ 源程序。

如果你有两个或少数几个 C 源文件，也可以方便地利用 GCC 编译、连接并生成可执行文件。例如，假设你有两个源文件 main.c 和 factorial.c 两个源文件，现在要编 译生成一个计算阶乘的程序。

factorial.c 文件代码

int factorial (int n) { 　　if (n <= 1) 　　　return 1; 　　else 　　　return factorial (n - 1) * n; }

main.c 文件代码

#include　 #include　 int factorial (int n); int main (int argc, char **argv) { 　　int n; 　　if (argc < 2) 　　{ 　　　　printf ("Usage: %s n\n", argv [0]); 　　　　return -1; 　　} 　　else 　　{ 　　　n = atoi (argv[1]); 　　　printf ("Factorial of %d is %d.\n", n, factorial (n)); 　　 } 　　return 0; }

利用如下的命令可编译生成可执行文件，并执行程序：

$ gcc -o factorial main.c factorial.c 
$ ./factorial 5 
Factorial of 5 is 120. 

GCC 可同时用来编译 C 程序和 C++ 程序。一般来说，C 编译器通过源文件的后缀名来判断是 C 程序还是 C++ 程序。在 Linux 中，C 源文件的后缀名为 .c，而 C++ 源文件的后缀名为 .C 或 .cpp。但是，gcc 命令只能编译 C++ 源文件，而不能自动和 C++ 程序使用的库连接。因此，通常使用 g++ 命令来完成 C++ 程序的编译和连接，该程序会自动调用 gcc 实现编译。假设我们有一个如下的 C++ 源文件（hello.c）：

hello.c 文件代码

#include void main (void) { 　　cout << "Hello, world!" << endl; }

则可以如下调用 g++ 命令编译、连接并生成可执行文件：

$ g++ -o hello hello.c 
$ ./hello 
Hello, world! 

gcc 命令的常用选项

选项	解释
-ansi	只支持 ANSI 标准的 C 语法。这一选项将禁止 GNU C 的某些特色， 例如 asm 或 typeof 关键词。
-c	只编译并生成目标文件。
-DMACRO	以字符串"1"定义 MACRO 宏。
-DMACRO=DEFN	以字符串"DEFN"定义 MACRO 宏。
-E	只运行 C 预编译器。
-g	生成调试信息。GNU 调试器可利用该信息。
-IDIRECTORY	指定额外的头文件搜索路径DIRECTORY。
-LDIRECTORY	指定额外的函数库搜索路径DIRECTORY。
-lLIBRARY	连接时搜索指定的函数库LIBRARY。
-m486	针对 486 进行代码优化。
-o FILE	生成指定的输出文件。用在生成可执行文件时。
-O0	不进行优化处理。
-O 或 -O1	优化生成代码。
-O2	进一步优化。
-O3	比 -O2 更进一步优化，包括 inline 函数。
-shared	生成共享目标文件。通常用在建立共享库时。
-static	禁止使用共享连接。
-UMACRO	取消对 MACRO 宏的定义。
-w	不生成任何警告信息。
-Wall	生成所有警告信息。

编译器的工作过程

分类 编程技术

源码要运行，必须先转成二进制的机器码。这是编译器的任务。

比如，下面这段源码（假定文件名叫做test.c）。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
  fputs("Hello, world!\n", stdout);
  return 0;
}

要先用编译器处理一下，才能运行。

$ gcc test.c
$ ./a.out
Hello, world!

对于复杂的项目，编译过程还必须分成三步。

$ ./configure
$ make  
$ make install

这些命令到底在干什么？大多数的书籍和资料，都语焉不详，只说这样就可以编译了，没有进一步的解释。

本文将介绍编译器的工作过程，也就是上面这三个命令各自的任务。我主要参考了Alex Smith的文章《Building C Projects》。需要声明的是，本文主要针对gcc编译器，也就是针对C和C++，不一定适用于其他语言的编译。

第一步 配置（configure）

编译器在开始工作之前，需要知道当前的系统环境，比如标准库在哪里、软件的安装位置在哪里、需要安装哪些组件等等。这是因为不同计算机的系统环境不一样，通过指定编译参数，编译器就可以灵活适应环境，编译出各种环境都能运行的机器码。这个确定编译参数的步骤，就叫做"配置"（configure）。

这些配置信息保存在一个配置文件之中，约定俗成是一个叫做configure的脚本文件。通常它是由autoconf工具生成的。编译器通过运行这个脚本，获知编译参数。

configure脚本已经尽量考虑到不同系统的差异，并且对各种编译参数给出了默认值。如果用户的系统环境比较特别，或者有一些特定的需求，就需要手动向configure脚本提供编译参数。

$ ./configure --prefix=/www --with-mysql

上面代码是php源码的一种编译配置，用户指定安装后的文件保存在www目录，并且编译时加入mysql模块的支持。

第二步 确定标准库和头文件的位置

源码肯定会用到标准库函数（standard library）和头文件（header）。它们可以存放在系统的任意目录中，编译器实际上没办法自动检测它们的位置，只有通过配置文件才能知道。

编译的第二步，就是从配置文件中知道标准库和头文件的位置。一般来说，配置文件会给出一个清单，列出几个具体的目录。等到编译时，编译器就按顺序到这几个目录中，寻找目标。

第三步 确定依赖关系

对于大型项目来说，源码文件之间往往存在依赖关系，编译器需要确定编译的先后顺序。假定A文件依赖于B文件，编译器应该保证做到下面两点。

（1）只有在B文件编译完成后，才开始编译A文件。

（2）当B文件发生变化时，A文件会被重新编译。

编译顺序保存在一个叫做makefile的文件中，里面列出哪个文件先编译，哪个文件后编译。而makefile文件由configure脚本运行生成，这就是为什么编译时configure必须首先运行的原因。

在确定依赖关系的同时，编译器也确定了，编译时会用到哪些头文件。

第四步 头文件的预编译（precompilation）

不同的源码文件，可能引用同一个头文件（比如stdio.h）。编译的时候，头文件也必须一起编译。为了节省时间，编译器会在编译源码之前，先编译头文件。这保证了头文件只需编译一次，不必每次用到的时候，都重新编译了。

不过，并不是头文件的所有内容，都会被预编译。用来声明宏的#define命令，就不会被预编译。

第五步 预处理（Preprocessing）

预编译完成后，编译器就开始替换掉源码中bash的头文件和宏。以本文开头的那段源码为例，它包含头文件stdio.h，替换后的样子如下。

extern int fputs(const char *, FILE *);
extern FILE *stdout;

int main(void)
{
    fputs("Hello, world!\n", stdout);
    return 0;
}

为了便于阅读，上面代码只截取了头文件中与源码相关的那部分，即fputs和FILE的声明，省略了stdio.h的其他部分（因为它们非常长）。另外，上面代码的头文件没有经过预编译，而实际上，插入源码的是预编译后的结果。编译器在这一步还会移除注释。

这一步称为"预处理"（Preprocessing），因为完成之后，就要开始真正的处理了。

第六步 编译（Compilation）

预处理之后，编译器就开始生成机器码。对于某些编译器来说，还存在一个中间步骤，会先把源码转为汇编码（assembly），然后再把汇编码转为机器码。

下面是本文开头的那段源码转成的汇编码。

    .file   "test.c"
    .section    .rodata
.LC0:
    .string "Hello, world!\n"
    .text
    .globl  main
    .type   main, @function
main:
.LFB0:
    .cfi_startproc
    pushq   %rbp
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_offset 6, -16
    movq    %rsp, %rbp
    .cfi_def_cfa_register 6
    movq    stdout(%rip), %rax
    movq    %rax, %rcx
    movl    $14, %edx
    movl    $1, %esi
    movl    $.LC0, %edi
    call    fwrite
    movl    $0, %eax
    popq    %rbp
    .cfi_def_cfa 7, 8
    ret
    .cfi_endproc
.LFE0:
    .size   main, .-main
    .ident  "GCC: (Debian 4.9.1-19) 4.9.1"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

这种转码后的文件称为对象文件（object file）。

第七步 连接（Linking）

对象文件还不能运行，必须进一步转成可执行文件。如果你仔细看上一步的转码结果，会发现其中引用了stdout函数和fwrite函数。也就是说，程序要正常运行，除了上面的代码以外，还必须有stdout和fwrite这两个函数的代码，它们是由C语言的标准库提供的。

编译器的下一步工作，就是把外部函数的代码（通常是后缀名为.lib和.a的文件），添加到可执行文件中。这就叫做连接（linking）。这种通过拷贝，将外部函数库添加到可执行文件的方式，叫做静态连接（static linking），后文会提到还有动态连接（dynamic linking）。

make命令的作用，就是从第四步头文件预编译开始，一直到做完这一步。

第八步 安装（Installation）

上一步的连接是在内存中进行的，即编译器在内存中生成了可执行文件。下一步，必须将可执行文件保存到用户事先指定的安装目录。

表面上，这一步很简单，就是将可执行文件（连带相关的数据文件）拷贝过去就行了。但是实际上，这一步还必须完成创建目录、保存文件、设置权限等步骤。这整个的保存过程就称为"安装"（Installation）。

第九步 操作系统连接

可执行文件安装后，必须以某种方式通知操作系统，让其知道可以使用这个程序了。比如，我们安装了一个文本阅读程序，往往希望双击txt文件，该程序就会自动运行。

这就要求在操作系统中，登记这个程序的元数据：文件名、文件描述、关联后缀名等等。Linux系统中，这些信息通常保存在/usr/share/applications目录下的.desktop文件中。另外，在Windows操作系统中，还需要在Start启动菜单中，建立一个快捷方式。

这些事情就叫做"操作系统连接"。make install命令，就用来完成"安装"和"操作系统连接"这两步。

第十步 生成安装包

写到这里，源码编译的整个过程就基本完成了。但是只有很少一部分用户，愿意耐着性子，从头到尾做一遍这个过程。事实上，如果你只有源码可以交给用户，他们会认定你是一个不友好的家伙。大部分用户要的是一个二进制的可执行程序，立刻就能运行。这就要求开发者，将上一步生成的可执行文件，做成可以分发的安装包。

所以，编译器还必须有生成安装包的功能。通常是将可执行文件（连带相关的数据文件），以某种目录结构，保存成压缩文件包，交给用户。

第十一步 动态连接（Dynamic linking）

正常情况下，到这一步，程序已经可以运行了。至于运行期间（runtime）发生的事情，与编译器一概无关。但是，开发者可以在编译阶段选择可执行文件连接外部函数库的方式，到底是静态连接（编译时连接），还是动态连接（运行时连接）。所以，最后还要提一下，什么叫做动态连接。

前面已经说过，静态连接就是把外部函数库，拷贝到可执行文件中。这样做的好处是，适用范围比较广，不用担心用户机器缺少某个库文件；缺点是安装包会比较大，而且多个应用程序之间，无法共享库文件。动态连接的做法正好相反，外部函数库不进入安装包，只在运行时动态引用。好处是安装包会比较小，多个应用程序可以共享库文件；缺点是用户必须事先安装好库文件，而且版本和安装位置都必须符合要求，否则就不能正常运行。

现实中，大部分软件采用动态连接，共享库文件。这种动态共享的库文件，Linux平台是后缀名为.so的文件，Windows平台是.dll文件，Mac平台是.dylib文件。