gcc编译器

1. GCC工具

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的官网地址为：https://gcc.gnu.org/，在Ubuntu系统下系统默认已经安装好GCC编译器，可以通过如下命令查看Ubuntu系统中GCC编译器的版本及安装路径：

GCC编译工具链：

GCC编译工具链（toolchain），是指以GCC编译器为核心的一整套工具。它主要包含以下三部分内容：

gcc-core：即GCC编译器，用于完成预处理和编译过程，把C代码转换成汇编代码。
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。

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，它的官方说明网站地址为： https://www.gnu.org/software/binutils/ 。
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，可使用如下命令查看系统中存在的Binutils工具集：

ls /usr/bin/ | grep linux-gnu-

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，在主机上执行如下命令：
glibc库文件路径，可直接执行：

/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6

GCC编译

1.编写程序源码

#include 
int main()
{
printf("hello, world! This is a C program.\n");
for(int i=0;i<10;i++ ){
printf("output i=%d\n",i);
}
return 0;
}

# 在Ubuntu的hello_c目录下执行如下命令
gcc hello.c –o hello #使用gcc把hello.c编译成hello程序
ls #查看目录下的文件
./hello #执行生成的hello程序

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：为把头文件的代码、宏之类的内容转换成生成的.i文件，还是C代码。
编译：把预处理后的.i文件通过编译成.s文件，汇编语言。
汇编：将汇编语言文件生成目标文件.o文件，机器码。
链接：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。

（1）预处理阶段

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。
使用GCC的参数 “-E”，可以让编译器生成 .i 文件，参数 “-o”，可以指定输出文件的名字。
具体命令如下：

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

相当于它把原C代码中包含的头文件中引用的内容汇总到一处， 如果原C代码有宏定义，它把宏定义展开成具体的内容。

（2）编译阶段

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。在这个过程，GCC会检查各个源文件的语法，即使我们调用了一个没有定义的函数，也不会报错。
GCC可以使用-S选项，让编译程序生成汇编语言的代码文件（.s后缀）。
具体命令如下:

 #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

（3）汇编阶段

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。
GCC的参数“c”表示只编译(compile)源文件但不链接，会将源程序编译成目标文件（.o后缀）。计算机只认识0或者1，不懂得C语言，也不懂得汇编语言，经过编译汇编之后，生成的目标文件包含着机器代码，这部分代码就可以直接被计算机执行。一般情况下，可以直接使用参数“c”，跳过上述的两个过程，具体命令 如下：

# 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
# 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

（4）链接阶段

最后将每个源文件对应的目标.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。
例如一个工程里包含了A和B两个代码文件，在链接阶段， 链接过程需要把A和B之间的函数调用关系理顺，也就是说要告诉A在哪里能够调用到fun函数， 建立映射关系，所以称之为链接。若链接过程中找不到fun函数的具体定义，则会链接报错。
虽然本示例只有一个hello.c文件，但它调用了C标准代码库的printf函数， 所以链接器会把它和printf函数链接起来，生成最终的可执行文件。
链接分为两种：

动态链接：GCC编译时的默认选项。动态是指在应用程序运行时才去加载外部的代码库，不同的程序可以共用代码库。 所以动态链接生成的程序比较小，占用较少的内存。
静态链接：链接时使用选项 “–static”，它在编译阶段就会把所有用到的库打包到自己的可执行程序中。 所以静态链接的优点是具有较好的兼容性，不依赖外部环境，但是生成的程序比较大。

执行如下命令体验静态链接与动态链接的区别：

# 在hello.o所在的目录执行如下命令
# 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

在Ubuntu下，可以使用 ldd 工具查看动态文件的库依赖

3. 交叉编译

如果我们希望编译器运行在x86架构平台上，然后编译生成ARM架构的可执行程序，这种编译器和目标程序运行在不同架构的编译过程，被称为 交叉编译

安装ARM-GCC
# 在主机上执行如下命令
sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabihf
# 安装完成后使用如下命令查看版本
arm-linux-gnueabihf-gcc –v

交叉编译程序

交叉编译器与本地编译器使用起来并没有多大区别。

# 在hello.c程序所在的目录执行如下命令
arm-linux-gnueabihf-gcc hello.c –o hello_arm

同样的C代码文件，使用交叉编译器编译后，生成的hello已经变成了ARM平台的可执行文件，可以通过readelf工具来查看具体的程序信息