Linux學習總結（四）：Linux下使用GCC編譯

本文經野火《i.MX Linux開發實戰指南》整理而來。

文章目錄

• • 1.Ubuntu16.04系統下的HelloWorld
  • • （1）建立工作目錄
    • （2）編寫代碼檔案
    • （3）編譯并執行
  • 2.GCC介紹
  • • （1）GCC工具鍊元件
    • （2）基本指令文法
    • （3）GCC編譯過程
    • （4）連結過程特别說明

1.Ubuntu16.04系統下的HelloWorld

（1）建立工作目錄

mkdir -p ~/workdir/example/hello_c
           

（2）編寫代碼檔案

使用vscode編寫以下代碼并儲存

#include <stdio.h>

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;
}
           

（3）編譯并執行

#在目标檔案目錄下執行指令
gcc hello.c –o hello #使用gcc把hello.c編譯成hello程式

ls        #檢視目錄下的檔案
./hello   #執行生成的hello程式
#若提示權限不夠或不是可執行檔案，執行如下指令再運作hello程式
chmod u+x hello #給hello檔案添加可執行權限
           

2.GCC介紹

（1）GCC工具鍊元件

GCC編譯工具鍊是指以GCC編譯器為核心的一套工具，用于把源代碼轉化成可執行程式，主要包含以下三部分：

• gcc-core：即GCC編譯器，用于完成預處理和編譯過程，例如把C代碼轉換成彙編代碼。
• Binutils ：除GCC編譯器外的一系列小工具包括了連結器ld，彙編器as、目标檔案格式檢視器readelf等。
• glibc：包含了主要的 C語言标準函數庫，C語言中常常使用的列印函數printf、malloc函數就在glibc 庫中。

（2）基本指令文法

gcc  [選項]  輸入的檔案名
           

常用選項：

• -o：小寫字母”o”，指定生成的可執行檔案的名字，不指定的話生成的可執行檔案名為a.out。
• -E：隻進行預處理，既不編譯，也不彙編。
• -S：隻編譯，不彙編。
• -c：編譯并彙編，但不進行連結。
• -g：生成的可執行檔案帶調試資訊，友善使用gdb進行調試。
• -Ox：大寫字母”O”加數字，設定程式的優化等級，如”-O0”“-O1” “-O2” “-O3”， 數字越大代碼的優化等級越高，編譯出來的程式一般會越小，但有可能會導緻程式不正常運作。

（3）GCC編譯過程

GCC 編譯工具鍊在編譯一個C源檔案時需要經過以下 4 步：

• 預處理：對源代碼檔案中的檔案包含(include)、 預編譯語句(如宏定義define等)進行展開，生成.i檔案。可了解為把頭檔案的代碼、宏之類的内容轉換成更純粹的C代碼，頭檔案中引用的内容彙總到一處,生成的檔案以.i為字尾。
• 編譯，把預處理後的.i檔案通過編譯成為彙編語言，生成.s檔案，即把代碼從C語言轉換成彙編語言(編譯器)
• 彙編，将彙編語言檔案經過彙編，生成目标檔案的.o檔案，每一個源檔案都對應一個目标檔案。即把彙編語言的代碼轉換成機器碼(彙編器)。
• 連結，将每個源檔案對應的.o檔案連結起來，就生成一個可執行程式檔案(連結器)。

#直接編譯成可執行檔案
gcc hello.c -o hello

#以上指令等價于執行以下全部操作
#預處理，可了解為把頭檔案的代碼彙總成C代碼，把*.c轉換得到*.i檔案
gcc –E hello.c –o hello.i

#編譯，可了解為把C代碼轉換為彙編代碼，把*.i轉換得到*.s檔案
gcc –S hello.i –o hello.s

#彙編，可了解為把彙編代碼轉換為機器碼，把*.s轉換得到*.o，即目标檔案
gcc –c hello.s –o hello.o

#連結，把不同檔案之間的調用關系連結起來，把一個或多個*.o轉換成最終的可執行檔案
gcc hello.o –o hello
           

Linux下生成的*.o目标檔案、*.so動态庫檔案以及連結生成的可執行檔案都是elf格式的， 可以使用”readelf”工具來檢視它們的内容:

#在檔案目錄執行指令
readelf -a hello.o
           

（4）連結過程特别說明

例如一個工程裡包含了A和B兩個代碼檔案，編譯後生成了A.o和B.o目标檔案， 如果在代碼A中調用了B中的某個函數fun，那麼在A的代碼中隻要包含了fun的函數聲明， 編譯就會通過，而不管B中是否真的定義了fun函數（當然，如果函數聲明都沒有，編譯也會報錯）。 也就是說A.o和B.o目标檔案在編譯階段是獨立的，而在連結階段， 連結過程需要把A和B之間的函數調用關系理順，也就是說要告訴A在哪裡能夠調用到fun函數， 建立映射關系，是以稱之為連結。若連結過程中找不到fun函數的具體定義，則會連結報錯。

連結分為兩種：

• 動态連結：GCC編譯時的預設選項。動态是指在應用程式運作時才去加載外部的代碼庫，例如printf函數的C标準代碼庫*.so檔案存儲在Linux系統的某個位置，hello程式執行時調用庫檔案*.so中的内容，不同的程式可以共用代碼庫。 是以動态連結生成的程式比較小，占用較少的記憶體。
• 靜态連結，連結時使用選項”–static”，它在編譯階段就會把所有用到的庫打包到自己的可執行程式中。靜态連結的優點是具有較好的相容性，不依賴外部環境，但是生成的程式比較大。

#動态連結，生成名為hello的可執行檔案
gcc hello.o –o hello
#靜态連結，使用--static參數，生成名為hello_static的可執行檔案
gcc hello.o –o hello_static --static
           

在Ubuntu下，可以使用ldd工具檢視動态檔案的庫依賴，而靜态檔案沒有庫依賴：

#在hello所在的目錄執行如下指令
ldd hello
ldd hello_static