GCC工具的常用指令

目录

• 1、安装
• 2、编译的四个阶段
  • 2.1 预处理
  • 2.2 编译
  • 2.3 汇编
  • 2.4 链接（重要）
  • 2.5 保留中间文件和语法检查指令
• 3、动态共享链接库
• 4、警告的控制
• 5、调试选项与剖析器
• 6、优化选项
  • 6.1 优化等级选择
  • 6.2 -f控制优化细节
  • 6.3 优化的取舍
• 7、常见编译相关的环境变量

1、安装

sudo apt install gcc
gcc --version

2、编译的四个阶段

C源码编译可以细分为四个阶段，分别为：

• 预处理Preprocession

• 编译Compiling

• 汇编Assembling

• 链接Linking

正常情况下，GCC会直接走完4个阶段，然后输出可执行文件。但是使用不同的指令，我们也可以分阶段编译，并且对每个阶段进行控制。

2.1 预处理

预处理阶段，展开宏定义、插头文件代码。

对于预处理阶段，我们可以使用-E使预处理结束编译器即停止。

#-o选项，将预处理后文件输出到circle.i文件中；否则，直接输出到标准输出流
gcc -E -o circle.i circle.c 

如果嫌弃预处理后文件庞杂难懂，可以使用-C选项保留源文件和头文件的注释。

gcc -E -C -o circle.i circle.c

注意，预处理后文件默认是xxx.i形式。

预处理阶段主要做的是头文件和宏展开工作，下面几个指令主要用于头文件寻址和利用宏实现条件编译的指令：

1 条件编译

gcc -E -Dname=banana circle.c

-Dname配合源码中的宏#ifdef banana实现条件编译。

2 头文件寻址

# -Idirectory1:directory2:directory3... 可以指定除标准include目录以外的头文件目录
gcc -E -I/usr/local/myinclude:/home/myinclude/ circle.c

# -iquote dir1:dir2:dir3... 可以指定双引号头文件目录
# #include "cirfunction.h"
gcc -iquote /usr/local/header1:/usr/local/header2 circle.c

更多的指令可以查询手册，但是我想以上两个基本可以一招鲜吃遍天了。

3 include头文件搜索顺序

• 1 源文件当前目录内
• 2 -iqueto选项执行的目录，这个选项只对双引号（""）头文件有效
• 3 -Idir1:dir2指定目录
• 4 CPATH环境变量指定目录
• 5 isystem选项所指定的目录
• 6 C_INCLUDE_PATH环境变量指定的目录
• 7 系统默认include目录

以上优先级由上至下依次递减。

2.2 编译

编译阶段将预处理后文件翻译成汇编语言文件。汇编语言几乎等同于机器语言，但是更易于阅读。它避免程序员使用0x2ffeff 0x2238fa之类的纯二进制指令，而是使用诸如add、load等易于识别、记忆的词汇代替。使用汇编器可以翻译汇编语言为机器语言。

常用指令为：

gcc -S -fverbose-asm -o circle.s circle.c

-S选项强制在编译后停止，输出xxx.s形式的汇编文件，-fverbose-asm可以将C源码的变量名作为输出文件的注释。

2.3 汇编

承接上一步，汇编阶段将汇编源文件编译成机器语言文件,即对象文件xxx.o。该文件既包含源码机器语言，还包含描述链接函数的符号表（symbol table)。符号表是为链接阶段准备的。

常用指令：

# -c选项确保生成circle.o对象文件，且不会进行到链接阶段
#一般掌握这个也就够了
gcc -c circle.c

额外的，如果使用-Wa选项可以对汇编器（不是gcc，gcc只是在汇编阶段调用了汇编器）传递指令，譬如：

gcc -v -o circle -Wa,-as=circle.sym,-L circle.c

以上指令，紧接在-Wa后面的选项（无空格，逗号分割）就是专门传给汇编器的指令选项。-as=circle.sym表示单独保存符号表（symbol table）到circle.sym文件中。-L表示符号表包含本地符号。

2.4 链接（重要）

链接阶段将对象文件引用的外部对象和一些C标准函数都加入进来，是程序能够最终运行。

前三个阶段一般程序员都不会特别关系，也很少出错，而链接阶段却是必须要了解的。

我们一般引用的C标准函数使用xxx.h的头文件，这些文件主要是声明函数，做一些宏定义之类的。函数对象本身一般放在libc.a文件中，如果是动态共享链接则放在libc.so文件中（so——shared object，有共享对象的意思）。动态链接是最常用的链接方式。

如果只引用标准库，使用gcc -o circle circle.c即可完成编译，但是使用非标准库则需要注意外部链接寻址的问题：

1 链接库在gcc标准搜索目录中

这种情况直接引用即可，gcc -o circle.o circle.c -lncurses,该指令使用-l链接ncurses库，两者需要写在一起，无空格。

2 链接库在默认库搜索目录以外

gcc默认标准库目录一般为/usr/lib、/usr/lib64，若不在此目录，还有3种方案：

# 1 直接引用对象文件地址
# 一般函数对象文件，都是在库名前加一个'lib'，静态链接后缀为'.a'，动态为'.so'
# 此方式，动、静链接都可，取决于使用什么文件
gcc -o circle circle.c /usr/local/lib/libncurses.a

# 2 使用'-L'指令添加一个搜索目录——/usr/local/lib
# 如果ncurses是动态链接库libncurses.so，还需要使用-Wl,rpath选项告诉程序在执行时去哪链接动态库
# -L是给链接器使用的，主编译；rpath指令是给程序用的，能够实时找到动态链接库位置
gcc -o circle circle.c -L/usr/local/lib -Wl,rpath=/usr/local/lib -lncurses

# 需要注意的是，如果想用-l指令做静态链接，则需要添加-static
gcc -static -o circle circle.c -L/usr/local/lib -lncurses

# 3 将链接库路径添加到环境变量'LIBRARY_PATH'中
export LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:$LIBRARY_PATH

2.5 保留中间文件和语法检查指令

1 保留所有中间文件

# 保存所有的中间文件——circle.i circle.s circle.o
gcc -save-temps -o circle circle.c

2 只做语法检查

# 只是检查源文件语法，不做编译
gcc -fsyntax-only circle.c

3、动态共享链接库

动态链接库会在程序实际运行时，才开始调用，相比静态链接库直接将引用函数的指令直接插入可执行文件的做法，有下面几点优势：

• 引用库不用直接插入，可执行文件更小
• 只要接口不变，共享库的实现可以随时更新，静态链接则只能重新编译才能享受更新
• 有效内存的使用效率更高

1 创建共享链接库

我们把circle.c依赖的circulararea.c做成共享链接文件

# 先生成对象文件，再生成.so文件
# -fpic，将源码编译成位置独立代码，否则链接库的外部变量就无法引用而报错
gcc -c -fpic circulararea.c
gcc -shared -o libcirculararea.so circulararea.o

2 使用自定义链接库

和其他链接库使用方式完全一样：

gcc -o circle circle.c libcirculararea.so -lncurses

也可以将libcirculararea.so文件安装在标准目录中，则可以直接使用-lcirculararea来引用。

4、警告的控制

警告（Warning）不同于错误（error），编译时出现警告并不影响gcc继续工作,但是不建议完全忽视他们。

再编译时，可以使用-W开头的选项细致的控制警告条目——哪些问题弹出警告，同时忽视哪些问题的警告。

小栗子，

# switch-default表示使用switch表达式时候，忘了些default就发出警告
gcc -Wswitch-default circle.c

使用-Wall，虽然不会检查所有的（all）警告情况，但是已经可以穷尽大部分警告了：

gcc -Wall circle.c

使用no-xxx形式的选项，可以取消对应的警告，譬如

# 取消switch-default警告
gcc -Wall -Wno-switch-default circle.c

5、调试选项与剖析器

1 调试选项

-g选项使生成的对象文件或可执行文件包含符号表和源码行号信息，利用这些结合gdb便于逐步调试程序。

gcc -g -o circle circle.c -lncurses

这样生成文件会非常臃肿，只适用于调试。

2 剖析器

对于GNU剖析器gprof，编译时使用-pg选项（这里的g代表gnu的意思，和调试用的-g无关），会生成pmon.out文件。之后使用gprof剖析器分析，可以得到调用图，显示函数之间的调用细节等。

# -pg生成剖析文件，-g提供源码行号信息
gcc -pg -g circle.c -lncurses

6、优化选项

gcc提供优化选项，使用-O选项选择不同的优化等级，或者使用-f进行专项的优化。

6.1 优化等级选择

从-O0、-O1一直到-O3选项，优化等级一次递增。

• -O0，不采取优化
• -O1，会优化循环、合并一致常量等，使文件更小、执行更快的浅优化，因此编译时间不会过分拖沓
• -O2，几乎应用全部支持的优化技术，譬如公共子表达式删除、指令重排、数据流分析，消耗时间相当长的深度优化
• -O3，包含-O2全部优化，且使用inline函数优化寄存器变量分配问题
• -Os，类似于O2等级优化，但是不会为了让生成程序更小，不会应用使用导致代码字节增大的技术

典型指令，

gcc -Wall -O3 -o circle circle.c curculararea.c -lncurses

6.2 -f控制优化细节

-f即flag。它可以单独使用或者再-O的基础上执行细节控制——添加或者取消某个特定的优化技术。

典型指令，

# no-inline-functions表示取消inline函数优化，unroll-loops表示重写循环语句，使用迭代代替循环
gcc -Wall -O3 -fno-inline-functions -funroll-loops -o circle circle.c circulararea.c -lncurses

6.3 优化的取舍

优化可以带来很多优势——程序更小、执行更快、内存效率更高。但是优化编译会造成很长编译时间，指令重排、代码合并等会导致之后的代码变得难以理解，有些甚至会改变代码的运行逻辑，造成无法调试。想要获得最优性能，还是针对代码细节进行不同程度的优化尝试，反复试验，确定最佳性能。

7、常见编译相关的环境变量

C_PATH,C_INCLUDE_PATH：逗号分割的目录列表，设置头文件的搜索位置

LIBRARY_PATH：链接库的搜索位置，这是给链接器用的。第三方链接库如果没指定在编译时链接阶段会报错

LD_LIBRARY_PATH：动态链接库的搜索位置，由可执行文件读取该路径，这是给程序本身用的。第三方库不指定，则在运行时报错，找不到库

【END】