C 语言编程 — GCC 自动化编译工具集

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gcc 工具

gcc 是一款广泛使用的 C 语言编译器，可以根据需要生成 .o 目标文件、.a 静态库文件、.so 动态库文件以及 ELF 可执行文件等。

C 程序编译文件类型

• .c：C 语言源代码文件；

• .h：头文件；

• .o：编译后的目标文件；

• .a：由 .o 目标文件构成的静态库文件，用于静态链接。

• .so：共享库文件，用于动态链接；

• .i：已经预处理过的文件，不需要再对其执行预处理；

• .s：汇编代码文件；

• .S：经过预处理的汇编代码文件；

gcc 指令选项

gcc 指令的格式如下：

gcc [options] file1 file2 ...

gcc 指令选项包括：

• -o {filename}：指示输出文件的名称。

• -l：指示需要链接的函数库名称。可以是库文件的基本名称，也可以是完整的库文件名。值的注意的是，如果相同路径下具有同名的动静态库文件，那么会默认使用动态库，而使用静态库则需要使用 -static 说明。

  • 静态库文件 libmyib.a，使用 -lmylib，或 -l:libmyib.a，或 -l/path/to/libmyib.a（相当于同时使用了 -L）。
  • 动态库文件 libmylib.so.1，使用 -lmylib，或 -l:libmyib.so.1，或 -l/path/to/libmyib.so.1（相当于同时使用了 -L）。

• -L：指示静态或动态库文件所在的 /lib/ 路径。通常用于非系统默认路径的场景中。

• -g：指示生成 GDB Debug 所需的符号信息。

• -D：定义一个宏，可以使用多次，例如：gcc -DDEBUG -DVERSION=1.0 file.c。

• -U：取消定义一个宏，例如：gcc -UDEBUG file.c。

• -c：指示只编译、不链接，通常用于编译不包含 main 主程序的子程序文件。

• -E：指示只进行预处理操作，生成预处理结果，可以使用该选项查看预处理后的代码。

• -S：指示只进行编译操作，生成汇编代码文件。

• -fPIC：生成位置无关的代码，生成共享库时使用。

• -fno-stack-protector：禁用栈保护，可以提高程序性能。

• -O：指定编译和链接的优化等级，级别从 0 到 3，级别越高，优化程度越大。但编译和链接的速度更慢。

• -v：指示打印详细过程。

• -Wall：开启所有警告信息。

• -Werror：将所有警告信息视为错误信息。

• -Wextra：生成额外的警告信息。

• -Wformat：检查格式化字符串是否正确。

• -Wshadow：检查变量名是否与其他变量或函数名重复。

• -Wuninitialized：检查是否使用未初始化的变量。

• -Wconversion：检查类型转换是否正确。

• -Wmissing-field-initializers：检查结构体字段是否全部初始化。

• -Wswitch-default：检查 switch 语句是否包含 default 分支。

• -Wstrict-prototypes：检查函数声明是否严格符合 ANSI 标准。

• -m32：生成 32bits 程序，只适用于 x86 平台。

• -m64：生成 64bits 程序，只适用于 x86 平台。

• -march=：生成指定架构的代码，例如：-march=armv8-a，适用于 ARM 平台。

• -mtune=：生成针对指定 CPU 优化的代码，例如：-mtune=cortex-a53，适用于 ARM 平台。

make 工具

为了方便 C 语言程序编译，在上个世纪 70 年代由 Stuart Feldman 在贝尔实验室开发了 make 自动化编译工具。make 一直是 UNIX-like 程序员最爱的程序构建（Construction）工具之一。

make 可以根据 makefile 中定义的 MakeRules 自动编译 C 程序。同时，它会通过检查 files 的修改时间，仅重新编译被修改的文件，缩短项目编译的时间。

makefile 语法

一个 makefile 通常包含以下 3 个部分的内容：

1. 变量定义
2. 规则定义
3. 伪目标定义
4. 指令定义

变量定义

makefile 的变量定义和 Shell 变量定义类似。变量的定义格式为：

# 定义
name=value

# 引用
${name}

主要关注 makefile build-in 的一些关键字变量。

• $：表示引用一个变量，或执行一条指令。

  • $^：表示当前规则中所有的依赖文件。
  • $<：表示当前规则中的第一个依赖文件。
  • $@：表示当前规则中的 target，例如：main.o: main.c 中的 main.o。
  • $(shell pkg-config --exists libdpdk)：执行 shell 指令。
  • $(.SHELLSTATUS)：获取上一条 shell 指令的执行结果。

• %：表示任意字符串，例如：%.c、%.o 等。

• CC：指定编译器的路径和名称，默认为 gcc。

• CFLAGS：指定编译器的选项，包括：预处理、编译、汇编等过程的选项。

• LD：指定链接器的路径和名称，默认为 ld。

• LDFLAGS：指定链接器的选项，包括：要链接的库列表、库文件的搜索路径等。

• AR：指定静态库文件生成工具的路径和名称。

• LIBS：指定链接时需要的库文件名称，通常用于指定动态库文件名称。

• SRC-y：指定源文件列表，用空格分割。

• VPATH：指定源文件的搜索路径，用冒号分隔。

• INCLUDES：指定头文件的搜索路径，用空格分隔。

• DEPENDS：指定依赖关系文件的名称，通常用于指示源文件和头文件之间的依赖关系。

• OBJDIR：指定目标文件的输出路径。

• RM：指定删除文件的命令，默认为 rm -f。

规则定义

makefile 用于存放多条 MakeRules，每条 Rule 的基本格式如下：

<target>: <prerequisites>
[tab]<recipe>

• ：表示一个编译目标。
• ：表示编译目标的各类文件依赖关系。
• ：表示编译目标要执行的具体指令。

伪目标定义

通常会使用伪目标来定义多个 make targets，这些 target 可能是真实的编译目标，也可能希望执行的 Shell 指令集。

• .PHONY：用于声明一个伪目标，用空格分割。

指令定义

makefile 中内置了一些指令：

• ifeq / else / endif：条件判断指令。

$(shell pkg-config --exists libdpdk)
ifeq ($(.SHELLSTATUS),0)
...
else
...

ifeq ($(RTE_SDK),)
...
endif

...
endif

• include：导入指令，用于导入其他的 Extend makefile。

makefile 示例

# 变量定义
CC = gcc
CFLAGS = -Wall -O2

# 规则定义
myprog: main.o foo.o bar.o
    $(CC) -o myprog main.o foo.o bar.o

main.o: main.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c main.c

foo.o: foo.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c foo.c

bar.o: bar.c
    $(CC) $(CFLAGS) -c bar.c

# 伪目标定义
.PHONY: clean
clean:
    rm -f myprog *.o

make 指令选项

make 指令的语法如下：

make [options] [target]

其中，target 用于指定要执行的目标，通常定义在伪目标列表中。如果未指定，则默认执行第一个 Rule。

常用的 options 包括：

• -f ：指定 makefile 的名称，默认为 Makefile 或 makefile。
• -n：显示 make taget 要执行的命令，但不实际执行。
• -j ：指定 make 的并行数量。
• -C ：指定 make 的工作目录。