交叉编译、gcc编译与Makefile

目录

一、交叉编译

二、GCC编译器

2.1 GCC编译器简介

2.2 GCC编译过程（精简版）

2.2.1 常用编译选项

2.2.2 怎么编译多个文件

2.2.3 制作、使用动态库

2.2.4  制作、使用静态库

2.2.5 很有用的选项

2.3 GCC 编译过程详解

1）预处理

2）编译

3）汇编

4）链接

三、Makefile

3.1 makefile的必要性与示例

3.2 Mikefile规则

3.3 Makefile文件里的赋值方法

3.4 Makefile常用函数

3.4.1字符串替换和分析函数

3.4.2文件名函数

3.4.3其他函数

---

一、交叉编译

#include 

int main(int argc, char** argv)

{

       if (argc >= 2)

              printf("Hello, %s!\n", argv[1]);

       else

              printf("Hello, world!\n");

       return 0;

}

1.交叉编译案例：hello.c

将以上代码在Ubuntu中执行以下命令：

gcc -o hello hello.c

./hello

Hello,word!

./hellow Albert

Hellow,Albert!

上述代码在gcc编译后可以在Ubuntu-x86上运行，但是无法在ARM板上运行，因为gcc编译出的机器指令x86架构的。如果想要给ARM板编译程序，需要使用交叉编译工具，例如：

arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o hello hello.c

2. hello.c中几个问题

（1）查看交叉编译器中头文件的目录，执行：

find -name “stdio.h”

（2）自己指定头文件目录：

编译时，加上“-I <头文件目录>”

（3）确定交叉编译器中库文件的默认路径：

进入交叉编译器的目录里，执行：

find -name lib

可以得到 xxxx/lib、xxxx/usr/lib，一般来说这 2 个目录就是要找的路径

（4）自己指定库文件目录，指定要用的库文件：

编译时，加上“-L <库文件目录>”这样的选项，用来指定库目录

编译时，加上“-labc”这样的选项，用来指定库文件 libabc.so

二、GCC编译器

2.1 GCC编译器简介

在windows下使用集成开发环境时可能并不会注意编译工具，只需要几个按键就将源文件编译成可执行文件。在Linux下也有集成开发环境，但是更多时候我们直接使用编译工具。在windows上的编译工具链为gcc、ld、objcopy、objdump等，经这些工具编译出的程序只能在x86架构机器上运行。要在x86架构上编译出ARM架构可以运行的程序，需要使用交叉编译工具xxx-gcc、xxx-ld等。（不同版本编译器前缀不一致，例如arm-linux-gcc）

2.2 GCC编译过程（精简版）

一个 C / C++文件要经过预处理(preprocessing)、编译(compilation)、汇编(assembly)和链接(linking)等 4 步才能变成可执行文件，如图1所示。不同的gcc选项可以控制这些过程，如图2所示：

 图1 编译过程

 通过不同的 gcc 选项可以控制这些过程：

 

在日常交流中通常使用“编译”统称这 4 个步骤，如果不是特指这 4 个步骤中的某一个，本教程也依惯例使用“编译”这个统称。

gcc 使用示例：

gcc hello.c // 输出一个名为 a.out 的可执行程序，然后可以执行./a.out

gcc -o hello hello.c // 输出名为 hello 的可执行程序，然后可以执行./hello

gcc -o hello hello.c -static // 静态链接

gcc -c -o hello.o hello.c // 先编译(不链接)

gcc -o hello hello.o // 再链接

2.2.1 常用编译选项

常用选项	描述
-E	预处理，开发过程中想快速确定某个宏可以使用“ -E -dM”
-c	把预处理、编译、汇编都做了，但是不链接
-o	指定输出文件
-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

2.2.2 怎么编译多个文件

1）一起编译、链接：

gcc -c -o main.o main.c

gcc -c -o sub.o sub.c

gcc -shared -o libsub.so sub.o sub2.o sub3.o(可以使用多个.o 生成动态库)

gcc -o test main.o -lsub -L /libsub.so/所在目录/
gcc -o test main.c sub.c

2）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

2.2.3 制作、使用动态库

1） 制作、编译：

2）运行：

先把 libsub.so 放到 Ubuntu 的/lib 目录，然后就可以运行 test 程序。

如果不想把 libsub.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

2.2.4  制作、使用静态库

gcc -c -o main.o main.c

gcc -c -o sub.o sub.c

ar crs libsub.a sub.o (可以使用多个.o 生成静态库)

gcc -o test main.o libsub.a (如果.a 不在当前目录下，需要指定它的绝对或相对路径)

运行：不需要把静态库 libsub.a 放到板子上。

注意： 执行 arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -c -o sub.o sub.c 交叉编译需要在最后面加上-fPIC 参数。

2.2.5 很有用的选项

gcc -E main.c // 查看预处理结果，比如头文件是哪个

gcc -E -dM main.c > 1.txt // 把所有的宏展开，存在 1.txt 里

gcc -Wp,-MD,abc.dep -c -o main.o main.c // 生成依赖文件 abc.dep，后面 Makefile 会用

echo 'main(){}'| gcc -E -v - // 它会列出头文件目录、库目录(LIBRARY_PATH)

2.3 GCC 编译过程详解

1）预处理

C/C++源文件中，以“ #”开头的命令被称为预处理命令，如包含命令“ #include”、宏定义命令“ #define”、条件编译命令“ #if”、“ #ifdef”等。预处理就是将要包含(include)的文件插入原文件中、将宏定义展开、根据条件编译命令选择要使用的代码，最后将这些东西输出到一个“ .i”文件中等待进一步处理。

2）编译

编译就是把 C/C++代码(比如上述的“.i”文件)“ 翻译” 成汇编代码，所用到的工具为 cc1(它的名字就是 cc1， x86 有自己的 cc1 命令， ARM 板也有自己的cc1 命令)。

3）汇编

汇编就是将第二步输出的汇编代码翻译成符合一定格式的机器代码，在Linux 系统上一般表现为 ELF 目标文件(OBJ 文件)，用到的工具为 as。 x86 有自己的 as 命令， ARM 版也有自己的 as 命令，也可能是 xxxx-as（比如 armlinux-as）。

“反汇编”是指将机器代码转换为汇编代码，这在调试程序时常常用到。

4）链接

链接就是将上步生成的 OBJ 文件和系统库的 OBJ 文件、 库文件链接起来，最终生成了可以在特定平台运行的可执行文件，用到的工具为 ld 或 collect2。

三、Makefile

3.1 makefile的必要性与示例

（1）Makefile的必要性

① 包含多个源文件的项目在编译时有长而复杂的命令行，可以通过makefile保存这些命令行来简化该工作；

② make可以减少重新编译所需要的时间，因为make可以识别出哪些文件是新修改的；

③ make维护了当前项目中各文件的相关关系，从而可以在编译前检查是否可以找到所有的文件。

（2）示例：

//第 1 个 Makefile，简单粗暴，效率低：

test : main.c sub.c sub.h

gcc -o test main.c sub.c

//第 2 个 Makefile，效率高，相似规则太多太啰嗦，不支持检测头文件：

test : main.o sub.o

gcc -o test main.o sub.o



main.o : main.c

gcc -c -o main.o main.c



sub.o : sub.c

gcc -c -o sub.o sub.c



clean:

rm *.o test -f

//第 3 个 Makefile，效率高，精炼，不支持检测头文件：

test : main.o sub.o

gcc -o test main.o sub.o

%.o : %.c

gcc -c -o $@ $<



clean:

rm *.o test -f

//第 4 个 Makefile，效率高，精炼，支持检测头文件(但是需要手工添加头文

件规则)：

test : main.o sub.o

gcc -o test main.o sub.o



%.o : %.c

gcc -c -o $@ $<



sub.o : sub.h



clean:

rm *.o test -f

//第 5 个 Makefile，效率高，精炼，支持自动检测头文件：

objs := main.o sub.o



test : $(objs)

    gcc -o test $^



//需要判断是否存在依赖文件

//.main.o.d .sub.o.d

dep_files := $(foreach f, $(objs), .$(f).d)

dep_files := $(wildcard $(dep_files))



//把依赖文件包含进来

ifneq ($(dep_files),)

    include $(dep_files)

endif



%.o : %.c

    gcc -Wp,-MD,[email protected] -c -o $@ $<



clean:

    rm *.o test -f



distclean:

    rm $(dep_files) *.o test -f

3.2 Mikefile规则

  一个简单的 Makefile 文件包含一系列的“规则”，其样式如下：

目标(target)…: 依赖(prerequiries)…

命令(command)

//注意：每个命令行前面必须是一个 Tab 字符，即命令行第一个字符是 Tab。这是

//容易出错的地方。

目标(target)通常是要生成的文件的名称，可以是可执行文件或OBJ文件，也可以是一个执行的动作名称，诸如`clean’。

依赖是用来产生目标的材料(比如源文件)，一个目标经常有几个依赖。

命令是生成目标时执行的动作，一个规则可以含有几个命令，每个命令占一行。

通常，如果一个依赖发生了变化，就需要规则调用命令以更新或创建目标。但是并非所有的目标都有依赖，例如，目标“clean”的作用是清除文件，它没有依赖。

 规则一般是用于解释怎样和何时重建目标。make 首先调用命令处理依赖，进而才能创建或更新目标。当然，一个规则也可以是用于解释怎样和何时执行一个动作，即打印提示信息。

  一个 Makefile 文件可以包含规则以外的其他文本，但一个简单的 Makefile文件仅仅需要包含规则。虽然真正的规则比这里展示的例子复杂，但格式是完全一样的。

3.3 Makefile文件里的赋值方法

immediate = deferred

immediate ?= deferred

immediate := immediate

immediate += deferred or immediate

define immediate

deferred

endef

在 GNU make 中对变量的赋值有两种方式：延时变量、立即变量。区别在于它们的定义方式和扩展时的方式不同，前者在这个变量使用时才扩展开，意即当真正使用时这个变量的值才确定；后者在定义时它的值就已经确定了。使用`=’，`? = ’定义或使用 define 指令定义的变量是延时变量；使用`: = ’定义的变量是立即变量。需要注意的一点是，`? = ’仅仅在变量还没有定义的情况下有效，即`? = ’被用来定义第一次出现的延时变量。对于附加操作符`+ = ’，右边变量如果在前面使用（: = ）定义为立即变量则它也是立即变量，否则均为延时变量。

3.4 Makefile常用函数

$(function arguments)

这里`function’是函数名， `arguments’是该函数的参数。参数和函数名之间是用空格或 Tab 隔开，如果有多个参数，它们之间用逗号隔开。这些空格和逗号不是参数值的一部分。内核的 Makefile 中用到大量的函数，现在介绍一些常用的。

3.4.1字符串替换和分析函数

1$(subst from,to,text)

在文本`text’中使用`to’替换每一处`from’。

比如： $(subst ee,EE,feet on the street)

结果为‘ fEEt on the strEEt’。

2$(patsubst pattern,replacement,text)

寻找`text’中符合格式`pattern’的字，用`replacement’替换它们。

`pattern’和`replacement’中可以使用通配符。

比如： $(patsubst %.c,%.o,x.c.c bar.c)

结果为： `x.c.o bar.o’。

3$(strip string)

去掉前导和结尾空格，并将中间的多个空格压缩为单个空格。

比如： $(strip a b c )

结果为`a b c’。

4$(findstring find,in)

在字符串`in’中搜寻`find’，如果找到，则返回值是`find’，否则返回值

为空。

比如：

$(findstring a,a b c)

$(findstring a,b c)

将分别产生值`a’和`’(空字符串)。

5$(filter pattern...,text)

返回在`text’中由空格隔开且匹配格式`pattern...’的字，去除不符合格

式`pattern...’的字。

比如： $(filter %.c %.s,foo.c bar.c baz.s ugh.h)

结果为`foo.c bar.c baz.s’。

6$(filter-out pattern...,text)

返回在`text’中由空格隔开且不匹配格式`pattern...’的字，去除符合格

式`pattern...’的字。它是函数 filter 的反函数。

比如： $(filter %.c %.s,foo.c bar.c baz.s ugh.h)

结果为`ugh.h’。

7$(sort list)

将‘list’中的字按字母顺序排序，并去掉重复的字。输出由单个空格隔开

的字的列表。

比如： $(sort foo bar lose)

返回值是‘ bar foo lose’。

3.4.2文件名函数

1$(dir names...)

抽取‘ names...’ 中每一个文件名的路径部分，文件名的路径部分包括从文件名的首字

符到最后一个斜杠(含斜杠)之前的一切字符。

比如： $(dir src/foo.c hacks)

结果为‘src/ ./’。

2$(notdir names...)

抽取‘names...’中每一个文件名中除路径部分外一切字符（真正的文件名）。

比如： $(notdir src/foo.c hacks)

结果为‘ foo.c hacks’。

3$(suffix names...)

抽取‘names...’中每一个文件名的后缀。

比如： $(suffix src/foo.c src-1.0/bar.c hacks)

结果为‘ .c .c’。

4$(basename names...)

抽取‘names...’中每一个文件名中除后缀外一切字符。

比如： $(basename src/foo.c src-1.0/bar hacks)

结果为‘ src/foo src-1.0/bar hacks’。

5$(addsuffix suffix,names...)

参数‘ names...’是一系列的文件名，文件名之间用空格隔开； suffix 是

一个后缀名。将 suffix(后缀)的值附加在每一个独立文件名的后面，完成后将

文件名串联起来，它们之间用单个空格隔开。

比如： $(addsuffix .c,foo bar)

结果为‘ foo.c bar.c’。

6$(addprefix prefix,names...)

参数‘ names’是一系列的文件名，文件名之间用空格隔开； prefix 是一个

前缀名。将 preffix(前缀)的值附加在每一个独立文件名的前面，完成后将文件

名串联起来，它们之间用单个空格隔开。

比如： $(addprefix src/,foo bar)

结果为‘ src/foo src/bar’。

7$(wildcard pattern)

参数‘pattern’是一个文件名格式，包含有通配符(通配符和 shell 中的

用法一样)。函数 wildcard 的结果是一列和格式匹配的且真实存在的文件的名

称，文件名之间用一个空格隔开。

比如若当前目录下有文件 1.c、 2.c、 1.h、 2.h，则：

c_src := $(wildcard *.c)

结果为‘ 1.c 2.c’。

3.4.3其他函数

1 $(foreach var,list,text)

前两个参数，‘var’和‘list’将首先扩展，注意最后一个参数‘text’此时不扩展；接着，‘list’扩展所得的每个字，都赋给‘var’变量；然后‘text’引用该变量进行扩展，因此‘text’每次扩展都不相同。

函数的结果是由空格隔开的‘text’ 在‘list’中多次扩展后，得到的新‘list’，就是说：‘text’多次扩展的字串联起来，字与字之间由空格隔开，如此就产生了函数 foreach 的返回值。

下面是一个简单的例子，将变量‘files’的值设置为 ‘dirs’中的所有目录下的所有文件的列表：

dirs := a b c d

files := $(foreach dir,$(dirs),$(wildcard $(dir)/*))

这里‘text’是‘$(wildcard $(dir)/*)’，它的扩展过程如下：

① 第一个赋给变量 dir 的值是`a’，扩展结果为‘$(wildcard a/*)’；

② 第二个赋给变量 dir 的值是`b’，扩展结果为‘$(wildcard b/*)’；

③ 第三个赋给变量 dir 的值是`c’，扩展结果为‘$(wildcard c/*)’；

④ 如此继续扩展。

这个例子和下面的例有共同的结果：

files := $(wildcard a/* b/* c/* d/*)

2 $(if condition,then-part[,else-part])

首先把第一个参数‘condition’的前导空格、结尾空格去掉，然后扩展。如果扩展为非空字符串，则条件‘condition’为‘真’；如果扩展为空字符串，则条件‘condition’为‘假’。

如果条件‘condition’为‘真’,那么计算第二个参数‘then-part’的值，并将该值作为整个函数 if 的值。

如果条件‘condition’为‘假’,并且第三个参数存在，则计算第三个参数‘else-part’的值，并将该值作为整个函数 if 的值；如果第三个参数不存在，函数 if 将什么也不计算，返回空值。

注意：仅能计算‘then-part’和‘else-part’二者之一，不能同时计算。这样有可能产生副作用（例如函数 shell 的调用）。

3 $(origin variable)

变量‘variable’是一个查询变量的名称，不是对该变量的引用。所以，不能采用‘$’和圆括号的格式书写该变量，当然，如果需要使用非常量的文件名，可以在文件名中使用变量引用。

函数 origin 的结果是一个字符串，该字符串变量是这样定义的：

‘undefined' ：如果变量‘variable’从没有定义；

‘default' ：变量‘variable’是缺省定义；

‘environment' ：变量‘variable’作为环境变量定义，选项‘-e’没有打开；

‘environment override' ：变量‘variable’作为环境变量定义，选项‘-e’已打开；

‘file' ：变量‘variable’在 Makefile 中定义；

‘command line' ：变量‘variable’在命令行中定义；

‘override' ：变量‘variable’在 Makefile 中用 override 指令定义；

‘automatic' ：变量‘variable’是自动变量

4 $(shell command arguments)

函数 shell 是 make 与外部环境的通讯工具。函数 shell 的执行结果和在控制台上执行‘command arguments’的结果相似。不过如果‘command arguments’的结果含有换行符（和回车符），则在函数 shell 的返回结果中将把它们处理为单个空格，若返回结果最后是换行符（和回车符）则被去掉。

比如当前目录下有文件 1.c、2.c、1.h、2.h，则：

c_src := $(shell ls *.c)

结果为‘1.c 2.c’。