GCC编译器的使用
主要参考野火电子：http://doc.embedfire.com/linux/imx6/base/zh/latest/index.html
1 GCC 编译工具链
1.1 简介
GCC 编译工具链（toolchain）是指以 GCC 编译器为核心的一整套工具，用于把源代码转化成可执行应用程序。它主要包含以下三部分内容：
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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。
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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。
在很多场合下会直接用 GCC 编译器 来指代整套 GCC编译工具链。
1.2 GCC 编译器
GCC（GNU Compiler Collection）是由 GNU 开发的编程语言编译器。 GCC 最初代表 “GNU C Compiler” ，当时只支持C语言。 后来又扩展能够支持更多编程语言，包括 C++ 、Fortran 和 Java 等。 因此，GCC 也被重新定义为 “GNU Compiler Collection” ，成为历史上最优秀的编译器， 其执行效率与一般的编译器相比平均效率要高 20%~30%。GCC的官网地址
在 Ubuntu 系统下系统默认已经安装好 GCC 编译器，可以通过命令查看 Ubuntu 系统中 GCC 编译器的版本及安装路径：
1.3 Binutils 工具集
Binutils（bin utility），是 GNU 二进制工具集，通常跟 GCC 编译器一起打包安装到系统。Binutils官方说明
在进行程序开发的时候通常不会直接调用这些工具，而是在使用 GCC 编译指令的时候由 GCC 编译器间接调用。下面是其中一些常用的工具：
as：汇编器，把汇编语言代码转换为机器码（目标文件）。ld：链接器，把编译生成的多个目标文件组织成最终的可执行程序文件。readelf：可用于查看目标文件或可执行程序文件的信息。nm： 可用于查看目标文件中出现的符号。objcopy： 可用于目标文件格式转换，如.bin转换成.elf、.elf转换成.bin等。objdump：可用于查看目标文件的信息，最主要的作用是反汇编。size：可用于查看目标文件不同部分的尺寸和总尺寸，例如代码段大小、数据段大小、使用的静态内存、总大小等。
系统默认的 Binutils 工具集位于 /usr/bin 目录下。
1.4 glibc 库
glibc 库是 GNU 组织为 GNU 系统以及 Linux 系统编写的 C 语言标准库，因为绝大部分 C 程序都依赖该函数库，该文件甚至会直接影响到系统的正常运行，例如常用的文件操作函数 read 、write 、open ，打印函数 printf 、动态内存申请函数 malloc等。
在 Ubuntu 系统下，libc.so.6 是 glibc 的库文件，可直接执行该库文件查看版本：
2 GCC 编译过程
一个 C/C++ 文件要经过预处理、编译、汇编和链接等 4 步才能变成可执行文件。在日常中通常使用“编译”统称这 4 个步骤。
2.1 基本语法
2.1.1 GCC 使用的命令语法
$ gcc [option] 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。I：指定头文件目录L：指定链接时库文件目录l：指定链接哪一个库文件
2.1.2 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：在预处理过程中，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，不过生成的文件以.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，这是GCC编译器完成的工作。 - 汇编：将汇编语言文件经过汇编，生成目标文件
.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，这是as汇编器完成的工作。 - 链接：最后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，这是链接器ld完成的工作。
源码：src/hello.c，具体命令如下：
#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
2.2 编译阶段分析
2.2.1 预处理阶段
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命令
# 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 -
结果
$ vim hello.i # 1 "hello.c" # 1 "" # 1 "" # 31 "" # 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4 # 32 "" 2 # 1 "hello.c" # 1 "/usr/include/stdio.h" 1 3 4 # 27 "/usr/include/stdio.h" 3 4 # 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/libc-header-start.h" 1 3 4 # 33 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/libc-header-start.h" 3 4 # 1 "/usr/include/features.h" 1 3 4 # 424 "/usr/include/features.h" 3 4 # 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/sys/cdefs.h" 1 3 4 # 427 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/sys/cdefs.h" 3 4 # 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/wordsize.h" 1 3 4 # 428 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/sys/cdefs.h" 2 3 4 # 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/long-double.h" 1 3 4 # 429 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/sys/cdefs.h" 2 3 4 # 425 "/usr/include/features.h" 2 3 4 # 448 "/usr/include/features.h" 3 4 # 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs.h" 1 3 4 # 10 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs.h" 3 4 # 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs-64.h" 1 3 4 # 11 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs.h" 2 3 4 # 449 "/usr/include/features.h" 2 3 4 # 34 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/libc-header-start.h" 2 3 4 # 28 "/usr/include/stdio.h" 2 3 4 # 此处省略了很多 # 3 "hello.c" int main(int argc, char *argv[]) { printf("hello world!\n"); return 0; }
2.2.2 编译阶段
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命令
# 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 # 也可以直接以C文件作为输入进行编译，与上面的命令是等价的 $ gcc -S hello.c -o hello.s -
结果
$ vim hello.s .file "hello.c" .text .section .rodata .LC0: .string "hello world!" .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 subq $16, %rsp movl %edi, -4(%rbp) movq %rsi, -16(%rbp) leaq .LC0(%rip), %rdi call puts@PLT movl $0, %eax leave .cfi_def_cfa 7, 8 ret .cfi_endproc .LFE0: .size main, .-main .ident "GCC: (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) 7.5.0" .section .note.GNU-stack,"",@progbits
2.2.3 汇编阶段
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命令
# 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，elf格式 $ gcc -c hello.s -o hello.o # 也可以直接以C文件作为输入进行汇编，与上面的命令是等价的 $ gcc -c hello.c -o hello.o -
结果
$ readelf -a hello.o ELF Header: Magic: 7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 Class: ELF64 Data: 2's complement, little endian Version: 1 (current) OS/ABI: UNIX - System V ABI Version: 0 Type: REL (Relocatable file) Machine: Advanced Micro Devices X86-64 Version: 0x1 Entry point address: 0x0 Start of program headers: 0 (bytes into file) Start of section headers: 728 (bytes into file) Flags: 0x0 Size of this header: 64 (bytes) Size of program headers: 0 (bytes) Number of program headers: 0 Size of section headers: 64 (bytes) Number of section headers: 13 Section header string table index: 12 # 省略了很多
2.2.4 链接阶段
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命令
# 动态链接 # 生成名为hello的可执行文件 $ gcc hello.o -o hello # 也可以直接使用C文件一步生成，与上面的命令等价 $ gcc hello.c -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 # 也可以直接使用C文件一步生成，与上面的命令等价 $ gcc hello.c -o hello_static -static -
结果
$ gcc hello.o -o hello $ gcc hello.o -o hello_static -static $ ls -lh total 872K -rwxr-xr-x 1 root root 8.2K Jun 23 01:33 hello # 比较小，执行的时候会去找到动态库执行，所以要保证库文件目录有对应的库 -rw-r--r-- 1 root root 95 Jun 23 01:21 hello.c -rw-r--r-- 1 root root 18K Jun 23 01:23 hello.i -rw-r--r-- 1 root root 1.6K Jun 23 01:26 hello.o -rw-r--r-- 1 root root 516 Jun 23 01:25 hello.s -rwxr-xr-x 1 root root 826K Jun 23 01:33 hello_static # 把相关的函数打包进了可执行文件里，执行时不用担心库的问题 # 使用ldd工具查看动态文件的库依赖 $ ldd hello linux-vdso.so.1 (0x00007ffd95d72000) libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f86eeeaa000) /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f86ef49d000) $ ldd hello_static not a dynamic executable # 不是动态可执行文件
3 其他用法
3.1 怎么编译多个文件
3.1.1 源码
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main.c
#include#include "sub.h" int main(int argc, char *argv[]) { int i; printf("Main fun!\n"); sub_fun(); return 0; } -
sub.c
#include "sub.h" void sub_fun(void) { printf("Sub fun!\n"); } -
sub.h
#ifndef _SUB_H #define _SUB_H void sub_fun(void); #endif /* _SUB_H */
3.1.2 编译
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一起编译，链接
$ gcc -o test main.c sub.c -
分开编译，统一链接
$ gcc -c -o main.o main.c $ gcc -c -o sub.o sub.c $ gcc -o test main.o sub.o
3.2 制作动态库
3.2.1 制作
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制作动态库
# 可以使用多个 *.o 生成动态库 $ gcc -c -o sub.o sub.c $ gcc -shared -o libsub.so sub.o -
生成可执行文件
$ gcc -c -o main.o main.c $ gcc -o test main.o -L./ -lsub # 使用 -L 指定库文件目录
3.2.2 运行
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把
libusb.so放到PC或板子上的/lib目录，然后就可以运行test程序。 -
如果不想把
libusb.so放到/lib，也可以放在某个目录比如/a，然后如下执行$ export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/a $ ./test Main fun! Sub fun!
3.3 制作静态库
3.3.1 制作
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制作静态库
# 可以使用多个 *.o 生成静态库 $ gcc -c -o sub.o sub.c $ ar crs libsub.a sub.o -
生成可执行文件
$ gcc -c -o main.o main.c $ gcc -o test main.o libsub.a # 如果 libsub.a 不在当前目录下，需要指定它的绝对或相对路径
3.3.2 运行
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不需要把静态库
libsub.a放到板子上$ ./test Main fun! Sub fun!