宝剑锋从磨砺出——编译器gcc的使用



剑，是一种武器，古龙先生很喜欢论剑，对剑也有不一样的理解；对于剑，使用它的是剑客，而如果要升级则是人的升级，从而推动剑术的提高与用剑的境界的提升。

 好的剑都是铸剑师倾入自己的心血浇灌而成的；而对于剑客，要想能够使用它，不仅仅是挥动它，而是用能够与之沟通，能够“心灵相通”，不断地与之磨合，达到收发自如的境界。

编译器就是程序员的“剑”，而且GCC就是“剑中利器”；但是它对于所有人都是一样的，其关键在于使用它的人，如何去“磨”，如何去“练”，“磨”出自己的“形状”，“练”出自己的感觉，让自己得心应手的去使用它。

一)gcc的基本介绍，详细的使用情况，请查看附件或者gcc的官网手册——https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.9.2/gcc/

gcc 是GNU Compiler Collection的缩写，即GNU编译器工具集。在c语言的编译流程中主要扮演两个角色预处理器与编译器，另外，它也能够调用了binutils中的汇编器(as)与链接器(ld)生成对应的elf文件。它主要支持编译的语言有：c/c++/java/object-c/object-c++/fortran/ada.

gcc作为一个编译器，为了能够更好的整理各种工具，它被设计为一个由specs文件驱动的程序。specs文件描述了gcc的所有行为。默认的spec文件可以用”gcc -dumpspecs”,详细描述见https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.9.2/gcc/Spec-Files.html#Spec-Files。通过spec文件可以理解gcc的执行流程与相关参数的设置，通过修改它可以配置它的执行流程。当然也可以定制spec文件，通过gcc -specs=<file>实现。

为什么要学习与熟悉gcc呢？不仅仅是因为它是完备的编译器，更因为GNU开源的强大力量，已经将它推广到各种处理器构架与各种应用平台。但是因为它的适用性很广，从而导致了它很多的命令项，让人头晕目眩，但是常用的确只有一些，被反复使用，值得总结一下。

gcc被编译出来，主要的可执行文件（LFS7.6:6.17.2）：

c++/g++:c++编译器

gcc/cc:c编译器

cpp:c语言预处理器

gcov:程序覆盖测试工具，用于统计程序运行代码执行的频率，从而为程序优化做参考

 二）gcc的基本用法

 1.演绎c语言编译的流程（以hello.c为例）：

 a)预处理：gcc -E hello.c，将c语言定义的宏展开，输出到终端界面

     b)编译：gcc -S hello.c，解析c语言语法生成对应的汇编语言（AT&T语法）文件,即hello.s

     c)汇编：gcc -c hello.s ，调用as将编译生成的hello.s生成模板文件（elf文件），即hello.o

     d)链接：gcc -o hello hello.o，调用ld将生成的hello.o链接成可执行文件，即hello

         2.编译c语言源码的主要命令行参数： 

    在编译c语言过程中，需要注意两个方面：其一为头文件(*.h)的寻找，其二为函数库的链接。c语言中头文件的使用是一般是用相对路径，”#include <*.h>”指定包含的文件内容，但是从哪个路径下去寻找对应的头文件。需要用”-I path”的参数来指定对应的路径。当在链接时，如果碰到如下出错，“hello.c:(.text+0xf): undefined reference to `add'”表示无法找到对应的符号引用，则为链接出错。解决这样的问题是用“-L path”指定链接库的路径，“-l so-name”指定链接库的名（比如：libcurl.so，名称为curl）。

如上所诉，gcc指定编译路径与链接库的方式为：

gcc -I inc-path -L lib-path -l lib-name.

C语言中使用宏来帮助程序编写，为了提高程序兼容性，在许多软件项目用宏来分隔不同平台与使用环境的代码，从而当在实际编译过程中指定相应的宏来控制程序的编译过程。可以用“-D MACRONAME=VALUE”来将MACRONAME传递给程序，编译。

将调试信息添加到elf文件中，方便程序调试，建议是每次编译都把它打开，方便程序调试.用参数“-g”来指定。

优化程序指令“-O 2”,指定编译时的优化等级。

为了提前发现各种语法错误与逻辑错误，可以将“- Wall”所有的警告信息打印出来，然后对代码进行优化与纠正。

    链接所有的目标文件，生成动态链接库:gcc -shared -fPIC -o lib$fn.so $fn.c

    3.gcc的默认路径与行为：

    a)如何获取gcc的默认链接路径与头文件路径（LFS7.6：5.4）:

    (1)编译测试的c语言源代码：echo 'main(){}' > dummy.c

   (2)获取编译信息:gcc dummy.c -v -Wl,--verbose &> dummy.log

   (3)查询默认头文件路径：grep -B4 '^ /usr/include' dummy.log

   (4)查询默认的链接路径：grep 'SEARCH.*/usr/lib' dummy.log |sed 's|; |\n|g'

   (5)查询标准c的库路径（glibc）：grep "/lib.*/libc.so.6 " dummy.log

   (6)获取默认链接库的路径的方法：gcc -print-search-dirs |sed -n '/libraries:/p'

    b)影响gcc行为的环境变量，格式跟PATH一样用”:”分割：

    CPATH/C_INCLUDE_PATH：增加头文件搜索路径

 LIBRARY_PATH：增加链接库的搜索路径

4.交叉编译工具，主要有三部分（binutils/gcc/glibc）介绍：

在开发主机上生成目标主机的编译工具，比如：在x86开发平台上生成arm板上运行的gcc——arm-none-linux-gnueabi-gcc；在gcc之前添加交叉编译前缀。对于交叉编译工具，形式上在编译器工具集之前添加了交叉编译前缀，使用方式和gcc是一致的，只是有一些针对目标机器的特定参数,实际效果是生成了能够在目标主机上运行的可执行文件，可以通过binutils进行分析。获取交叉编译工具的方法有三种：1.到网上下载现成的工具集；2，自己一步一步编译；3.用现成的编译脚本一次编译。

三）Makefile的基本介绍，详细见附件makefile文档

    软件工程都是由很多模块化的源文件构成，当软件规模不断扩大，同时软件bug不断修改，也是为了简化与减少重复的软件劳动，需要有序地将所有软件源文件管理起来，从而诞生了Makefile。

   了解Makefile对理解程序如何生成的与软件模块的构成有很大的帮助，而且往往一开始接触软件项目时，都有一套软件系统或者由自己构建软件系统，此时makefile就是第一个需要去熟悉的步骤。

   首先makefile被make命令给读取，然后执行；make命令的常用参数：

   基本格式：make [选项] [目标]（如果目标不为空，则去执行makefile定义的目标）

-j N ：同时允许 N 个任务；可以加快make的执行。

-C dir：进入dir目录，执行make命令

Makefile的基本书写格式：

目标:依赖

[Tab]命令

所有的makefile可以看作是定义的目标的集合。

    当系统越来越复杂时，构建makefile也是很复杂的事，同时也考虑到软件系统编译时，也依赖于系统编译环境，所以就有了自动构建makefile的相关工具与命令：gnu发布软件的autotools（通过configure配置来生成相关的makefile），cmake来自动构建makefile，qt编译时使用的qmake等。在Android系统开发构成也引入了Android.mk与mm命令来编译系统。