GNU Compiler Collection

GCC 是 GNU Compiler Collection 的简称，GCC 原本称为 GNU C Compiler，随着时代演进，陆续支援 Fortran 、 Pascal 、 Objective-C 、 Java 、 Ada 、 Go 等程序语言，才改称 GNU Compiler Collection。
本篇文章只会探讨 C 语言的部分，不会对其他程序语言多做介绍。

关於 GNU 计画，可参考未来几天会发出的 UNIX、BSD 与 Linux 的爱恨情仇一文。

C 语言的编译流程

要将 C 语言编译成可执行档，需要经过多个流程:

1. 预处理
   将 include 、 macro 扩展成真正的内容，经过这一步骤後，档案会变大许多。
   使用 GCC 进行预处理的方式如下:

   gcc -E -I./src main.c -o main.i
   

   • -E 会让 gcc 仅对 c 程序做预处理
   • -I 用来指定自定义标头档的优先搜寻目录，若你定义的标头档与程序码同目录，就可以忽略该参数。
   • -o 指定输出档案的档名与格式

2. 编译
   将预处理过的程序码编译成组合语言，而组合语言又会因为不同的处理器架构出现差异，如果要在 x86 平台编译出 ARM 平台能执行的程序码，就会需要做交叉编译。
   使用 GCC 进行编译的方法:

   gcc -S -I./src main.c -o main.s
   

   • -S 仅输出 C 程序对应的组合语言

3. 组译
   经过编译後，我们会得到组合语言档案，也就是 *.s 档案。不过，若要让电脑能够执行我们的程序码，我们仍需要将其转换成机器码。

   gcc -c main.s -o main.o
   

   • -c 仅编译 C 程序，但不连结，即输出对应的目标码

4. 连结
   连结会将多个目标文件或是 library 连结成可执行档。

   gcc -o main main.o
   

   得到可执行档後，可以在 shell command 输入以下命令执行程序:

   ./main
   

   如果有多个机器码最後会被连结成一个可执行档案，也可以这麽做:

   gcc -o main a.o b.o c.o
   

   这样一来，如果开发者更动了其中一个档案，我们只需对有更动的档案进行编译再连结起来。可以大幅节省编译的时间。

其他常见参数

除了最基本的编译，当然还要学习其他 GCC 内建的强大功能!

程序最佳化

GCC 可以针对不同的处理器架构对程序进行最佳化:

• [ ] O0
• [ ] O1
• [x] O2 (常用)
• [ ] Os
• [ ] O3 (最佳化)

gcc -O2 -o main main.c

显示错误资讯

考虑以下程序码:

#include <stdio.h>
int main(){
    int n;
    printf("number is %d\n", n);
    return 0;
}

该程序中，n 并没有被正确初始化，不过 GCC 预设是不会有错误提示的，若开发者有需要，可以使用 -Wall 参数:

gcc -Wall -o main main.c

使用 GNU Debugger

若我们需要使用 GDB 进行除错，在编译之前，我们需要添加 -g 参数告知 GCC 要尽可能的提供资讯给 GDB :

gcc -Wall -g -o main main.c

verbose mode

我们可以使用 -v 参数启用 verbose mode，获得详细的编译讯息:

gcc -v main.c

Macro

假设开发者在程序中埋了一段程序码，该程序码只被用於除错:

#include <stdio.h>
int main(){
    int n = 0;
    for(int i =0;i<1000;i++){
        n += i;
        #ifdef DEBUG
        printf("n is %d\n", n)
        #endif
    }
    return 0;
}

我们除了可以在程序码中加入 #define DEBUG 外，还可以直接对 GCC 下 -D 参数:

gcc -DDEBUG -o main main.c

除了可以用 -D 定义 Macro，GCC 还允许开发者使用 -U 参数取消定义:

gcc -UDEBUG -o main main.c

标头档目录

刚刚已经在预处理的部分提到 -I 的用途。此外，GCC 在编译程序时只预设引入一部份的标头档，如果程序需要使用特别的 Library 进行编译，可以使用 -l 与 -L 参数:

• -l 告知 GCC 编译程序时需要使用这个 Library :
  以 POSIX Thread 为例:

  gcc -lpthread -o main.out main.c
  

  需要注意的是，这里的 Library name 不等於档案名称，在 Linux 下的函式库都要使用 lib 开头，其中 *.so 是动态连结函式库，*.a 是静态连结函式库。
  由此可知，把 File name 的 lib 和 .so 去掉就是 Library name 了。

• -L
  只要函式库的存放路径为:

  • /lib
  • /usr/lib
  • /usr/local/lib

  都可以直接使用 -l 进行连结，换句话说，如果 Library 的位置并非上述的目录，我们就需要用 -L 告知 GCC Library File 所在的目录位置:

  gcc -lsum -L/home/gtwang/lib -o main.out main.c
  

查找依赖关系

Makefile 可以让开发者省略复杂的编译选项及参数，考虑以下专案结构:

|-- project
    |-- src/
    |   |-- main.c
    |   |-- linked-list.c
    |   |-- linked-list.h
    |   |-- node.c
    |   |-- node.h

并且，在 main.c 中引用了 linked-list.h，当我们使用下面命令，就可以查找出 main.c 的依赖关系:

gcc -MM main.c

输出:

main.o: main.c linked-list.h

再假设 linked-list.h 中有使用到 node.h，输出就会是:

main.o: main.c linked-list.h node.h

如果希望将标准库的依赖关系也列出来，使用 -M 即可:

gcc -M main.c

关於依赖关系，还有相当多种参数可以玩，详细资讯可以参考 Reference 的最後一项。

Reference

• C语言编译过程详解
• GCC 编译器基本使用教学与范例
• 【C++编译】gcc的-l参数和-L参数
• renenyffenegger.ch
• makefile生成 *.d 依赖档案及 gcc -M -MF -MP 等相关选项说明
• 使用 gcc 自制 C/C++ 静态、共享与动态载入函式库教学