GCC编译器

GCC是一个交叉平台的编译器，我想大家并不会觉得陌生。C/C++开发的时候很多时候都会用到GCC来进行编译。

GCC编译的流程

• 文件后缀
  虽然在Linux环境下，文件的后缀对于系统来说并没有什么意义，。不想windows环境下，文件扩展名对应着程序的执行。但是和计算机交流的毕竟还是程序员，对于一个光秃秃没有后缀的文件来说，没办法一眼看出到底是什么文件类型，那么对于编译过程其实会有一系列的约定俗成的文件后缀，以方便程序员能够快速知道这个文件到底是什么。

文件后缀	说明
.c	C语言源文件
.a	有目标文件构成的档案库文件
.C .cc .cxx .cpp	C++源程序
.h	源程序包含的头文件
.i	经过预处理的C程序
.ii	经过预处理的C++程序
.m	Objective-C源程序
.o	变异后的目标文件（二进制文件，但未链接，不能直接执行）
.s	汇编语言的程序
.S	经过预处理的汇编程序

• GCC编译器介绍
  其实GCC是一组编译共工具的总成，他的软件包里包含众多的工具，按照类型可以分为：
  1. C编译器
  • C++编译器
  • 源码预处理程序
  • 库文件

• GCC编译器的流程
  从源代码文件，到可执行文件需要四个过程
  1. 预处理（Pre-Processing）
  • 编译 （Compiling）
  • 汇编（Assembling）
  • 链接（Linking）

编译的流程图

• 查看GCC的版本
  查看GCC版本的Linux Shell指令： $ gcc -v
  

  GCC 版本信息

• GCC编译选项
  编译c代码的Linux Shell: $ gcc [option | filename] ...
  编译c++代码的Linux Shell: $ g++ [option | filename] ...

• GCC编译流程的各项参数

  1. 预处理阶段
     $ gcc -E hello.c -o hello.i

  • 编译阶段
    $ gcc -S hello.i -o hello.s

  • 汇编阶段
    $ gcc -c hello.s -o hello.o

  • 链接阶段
    $ gcc hello.o -o hello

  • 演示

    • 编写一个简单的hello world 程序

      
      简单的hello world程序

    • 预处理之前编写的代码

      
      预处理指令执行
      预处理后的结果
      

      预处理后可以看到，和之前的代码区别很大，增加了许多的内容，但是还依然是文本文件可读的。增加的这部分内容比如包含的头文件之类的预处理内容

      
      源代码和预处理文件的类型

  • 编译预处理的代码

    
    编译阶段处理
    

    可以看出，会变处理完成的文件类型认识text。我们来查看一下

    
    编译完成以后的汇编指令

  • 汇编编译后的文件

    
    汇编阶段完成
    

    会变完成后，可以看出，生成的文件已经是一个二进制文件了，同时这个二进制文件不具备可执行的权限，添加可执行权限后，依然不能执行。

    
    汇编完成后强行查看的结果
    强行查看汇编后的结果，显然不适合人类阅读

  • 链接并执行

    
    链接完成后的结果
    

    明显可以看到，链接完后，会生成一个可执行文件，通过file指令也能看到executable的标识。

    
    链接完成后的动态库

GCC常用编译选项说明

• -c 选项
  $ gcc -c test.c
  仅把源程序编译为目标代码并不做链接的工作， 所以采用该选项的编译指令不会生成最终的可执行程序，而是生成一个与源程序文件名相同的.o为后缀的目标文件

• I <dir>选项
  $ gcc -I /home/inclue -o test test.c
  依赖库选项，指定库以及头文件的路径
  这个选项可以向gcc的头文件索索路径中添加新的目录<dir>
  比如对于头文件不在同一个目录下的情况直接编译会报错，那么就需要I选项来指定头文件目录
  

  主函数
  创建不在同一目录的源程序和头文件
  头文件
  编译过程对比
  可以看出，如果直接编译会报错，需要使用-I选项只i的那个目录才能完成编译

• L <dir>选项
  $ gcc test.c -L /home/username/lib -lapp -o test
  用来制定所依赖的库所在的路径。如果使用了不在标准位置的库/usr/lib/,那么可以通过这个选项，想gcc的库文件搜索路径中添加新的目录

• -static选项
  $ gcc -static test.c -o test_static
  gcc默认情况下连接的是动态库，又是为了把一些函数静态编译到程序中，而无需链接动态库时而指定（应用程序会变大，如果一个库许多函数在用，那么不应该使用）。如果一个库只是某一个函数在使用，并且不太大的情况，才适合静态编译

• -o选项
  $ gcc test.c -o test
  默认情况下，没有该选项，刚才吹在当前目录下生成一个a.out的可执行程序。该指令可以指定生成的可执行文件的名称

• -O 选项
  gcc对源代码编译时进行优化，这些优化在大多数情况下都会是程序执行更快

• -O2 选项
  gcc会产生尽可能小和尽可能快的代码。
  该选项的编译速度比-O慢，但通常产生的代码执行的速度会更快。

• -pedantic
  以ANSI/ISO标准列出所有警告

• -w
  禁止输出警告信息

• Werror
  将所有警告转换为错误

• -Wall
  显示所有的警告信息

• -g
  生成调试信息，GNU调试器可以利用该信息。gcc编译器使用该选项进行编译时，将调试信息加入目标文件当中，这样GDB调试器就可以根据这些调试信息来跟踪程序的执行状态

• -pg
  编译完成后，，额外产生一个性能分析所需的信息

• 编译多个头文件和源文件
  代码：

  
  h1.h
  c1.c
  h2.h
  c2.c
  • 方法一：分步处理
  1. 由c1.c生成目标文件c1.o
     $ gcc -c c1.c -o c1.o
  • 由c2.c生成目标文件c2.o
    $ gcc -c c2.c -o c2.o
  • 由两个目标文件生成程序
    $ gcc c1.o c2.o -o m1
    实操过程

• 方法二：同时处理

  • 直接使用源代码来编译
    $ gcc c1.c c2.c -o m2
    实操过程

• 单个生成会报错

  
  单独编译的报错信息

GCC编译的函数库

函数库分为静态库和动态库两种。
静态库，指编译链接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，因此生成的文件较大，但运行时就不需要其他的库文件了。后缀一般为“.a”。
动态库，与静态库相反，在编译链接时没有把库文件的代码加入到可执行文件中去，而是在程序执行时链接文件加载库，这样可以节省系统的开销。动态库的后缀一般为“.so”

项目	Linux	Windows
目标模块	func.o	FUNC.obj
静态库	lib.a	LIB.lib
动态库	lib.so	LIB.dll
程序	Program	Program.exe

• 如何编译一个动态库

  • 编译动态库需要用到的选项

    • -shared 选项
      指定生成动态链接库（让连接器生成T类型的导出符号表，有时有也生成若连接W类型的导出符号），不用改标志外部程序无法连接，相当于一个可执行文件
    • -fPIC选项
      表示编译为位置独立的代码，不用此选项，编译后的代码是位置相关的，所以动态载入时，是通过代码拷贝的方式来满足不同进程的需要，而不能达到真正代码段共享的目的。

  • 编译动态库
    $ gcc -c -fpic hello.c 生成.o的目标文件
    $ gcc -shared -s hello.o -o libhello.so

    libhello.so库文件的命名格式为lib+name+.so的形式
    以上的两个命令可以用一个代替 $ gcc -fpic -shared -s hello.c -o libhello.so

    $ cp libhellp.so /usr/lib 把编译好的库拷贝到用户库自动搜索的路径
    $ gcc -l hello main.c -o run编译C代码
    

    编译动态库实操

删除动态库后执行的报错信息

其实也可以选择不把so文件放在系统的库里面，那么就需要手动添加搜索的路径

$ gcc -L /home/ test.c -l hello star.c -o my 使用不在系统目录下的动态库的编译

$ vim /etc/ld.so.conf 配置自动搜索动态库的路径
添加/home/ 添加路径即可

添加路径到配置文件

$ ldconfig 重新配置动态库链接信息

实际操作

• 如何编译一个静态库
  $ gcc -c hello.c -o hello 编译库的目标文件
  $ ar -rc libhello.a hello 把库的目标文件编译为静态库
  $ gcc star.c libhello.a -o mx编译主程序，注意：需要用添加静态库
  ar是gnu的归档工具，rc表示replace and create

实操过程

通过nm xxx.a可以查看该静态库中的函数都有哪些

动态编译和静态编译后的可执行文件的大小对比

由上图可以看出mx（静态编译）比mx.d（动态编译）的可执行文件要大

GDB调试

语法$ gdb [参数] filename

• -symbols = file

  • -s file：读出文件（file）的所有符号

• -core

  • -c ：这里的core是程序非法执行后的core dump后产生的文件

• -directory

  • -d：加入一个源文件的搜索路径。默认搜索路径是环境变量中PATH所定义的路径

• quiet

  • q：使用该参数不显示gdb的介绍和版权信息等

• gdb命令

  1. file：指定要调试的可执行程序
  • kill：终止正在调试的可执行程序
  • next：执行一行源代码，但不进入函数内部
  • list：部分列出源代码
  • step：执行一行源代码，并不进入函数内部
  • quit：结束gdb调试任务
  • watch：可以检查一个变量的值，而不管他何时被改变
  • print：打印表达式的值到标准输出
  • break N：在指定的第N行源代码设置断点
  • break funcname
  • break filename:linenum
  • break filename:funcname
  • info break：显示当前的断点清单，包括到达断点处的次数等
  • info files：显示被调试的详细信息
  • info func：显示所有的函数名
  • info local：显示当函数中的局部变量的信息
  • info prog：显示被调试程序的执行状态
  • info var：显示所有的全局和静态变量的名称
  • make：在不退出gdb的情况下运行make工具
  • shell：在不退出gdb的情况下运行shell命令
  • continue：继续执行正在调试的程序

调试界面

• 是用core文件来调试代码
  core文件是UNIX/Linux通用的出错内存印象文件。Linux默认情况下不生成corefile，需要在~/.bashrc文件中添加ulimit -c unlimited，并使之生效。

  gdb 可执行文件 core文件