《深入分析GCC 》——3.3 GCC源代碼編譯

本節書摘來自華章出版社《深入分析gcc 》一書中的第3章，第3.3節，作者 王亞剛　，更多章節内容可以通路雲栖社群“華章計算機”公衆号檢視。

3.3　gcc源代碼編譯

在獲得了gcc的源代碼後，為了生成目标機器上的編譯器程式，需要對源代碼進行編譯，一般步驟包括：

（1）使用conf?igure腳本完成編譯配置，生成makef?ile檔案。

（2）使用make工具編譯源代碼。

（3）使用make工具安裝生成的編譯程式等。

使用的典型腳本為：

這個過程一般很簡單，可以直接在${gcc_source}目錄下使用指令./conf?igure。該腳本會對gcc源代碼編譯、安裝的環境進行檢查，并根據conf?igure腳本的參數對編譯環境進行配置，進而最終生成makef?ile檔案，作為後續make工具進行編譯和安裝的依據。

然而，稍微仔細分析後會發現，這又是一個非常令人煩惱的過程，原因是這個配置指令具有較多的選項。可以使用./conf?igure --help檢視這些配置選項及其主要的功能說明。

下面對編譯配置中的一些主要選項進行簡單的說明。

（1）安裝目錄（installation directories）選項：

--pref?ix=prefix：用來指定目标機器無關代碼的安裝目錄，預設值為/usr/local。

--exec-pref?ix=eprefix：用來指定目标機器相關代碼的安裝目錄，一般與--pref?ix選項指定的prefix值相同。

（2）程式名稱（program names）：

--program-pref?ix=prefix：設定安裝程式名的字首為prefix。

--program-suff?ix=suffix：設定安裝程式名的字尾為suffix。

例如，如果使用如下指令進行配置：

<code>[gcc@host1 gcc-4.4.0]$ ./configure --program-prefix=prefix-</code>

那麼最終生成的gcc編譯程式的名稱将變成：/usr/local/bin/prefix-gcc，其中prefix-gcc裡面的“prefix-”就是由--program-pref?ix=prefix-選項所指定的。

（3）系統類型（system types）：

用來描述生成、運作及目标系統的系統類型，通常由--build、--host及--target三個選項指定，其中：

build=build：指定生成（build）編譯器程式的機器和作業系統平台資訊。

host=host：指定生成的編譯器程式所運作的機器和作業系統平台資訊，預設值與build相同。

target=target：指定生成的編譯器程式生成代碼所運作的機器和作業系統平台資訊，預設值與host相同。

關于這幾個選項的指定，通常會有如下的幾種組合方式：

1）build、host、target三者相同，這一般表示在本機進行gcc源代碼的編譯，生成的編譯器程式gcc也運作在與本機相同的機器和作業系統平台下，并且生成的編譯器編譯出的目标程式也将運作在同樣的系統環境中。

2）host與target相同，但host與build不同，這是一種典型的生成交叉編譯工具的情況，即在build主機環境上編譯gcc源代碼，生成的編譯器程式将運作在host主機環境中，并且該編譯器程式編譯生成的目标檔案也将運作在host，即target環境中。

3）buid、host及target各不相同，這是一種最複雜的情況，也屬于一種生成交叉編譯工具的情況，即在build主機環境上編譯gcc源代碼，生成的編譯器程式将運作在host主機環境中，并且該編譯器程式編譯生成的目标檔案将運作在另一種target機器環境中。

例3-1　通過makefile檔案檢視build、host及target系統的配置值

假設本例運作的主機資訊如下：

第一種情況，在gcc-4.4.0源代碼目錄中直接執行./conf?igure，那麼在生成makef?ile檔案中包含了如下資訊：

這種情況下，conf?igure腳本會自動根據系統的資訊“猜測”出build的值，例如本例中看到的build的值為“i686-pc-linux-gnu”，而host的預設值與build相同，target的預設值與host相同。此時三者的值都是相同的，這就是上述系統類型1）中的組合方式。

第二種情況，假如要在本機上對gcc源代碼進行編譯，生成的編譯器程式也運作在本機上，但編譯器需要為arm機器生成運作代碼，此時，編譯配置可以如下：

<code>[gcc@host1 gcc-4.4.0]$ ./configure --target=arm-linux-gnu</code>

或者：

生成的makef?ile檔案都包含了如下内容：

此時build與host相同，即用來編譯gcc的機器和将來要運作編譯器的機器類型是相同的，但是編譯器生成的代碼卻不在host主機系統上運作，而是要運作在一種arm-unknown-linux-gnu機器上，這就是一種典型的交叉編譯。

（4）可選編譯特性的運作與禁止。

一般使用--enable-feature[=arg]或者--disable-feature表示設定該feature的值為arg，或者禁止該特性。

（5）編譯時可選的一些包的配置。

一般使用--with-package[=arg]或者--without-package來指定包package的值或者禁止使用該包。例如使用--with-mpfr =path指定mpfr包的目錄。

（6）編譯時的環境變量。

這些環境變量可能包括編譯、彙編、連結等工具以及這些工具運作時的選項值，例如：

其中，cflags="-w -g -o0"就指定了編譯标志clags的部分值。表3-1給出了conf?igure腳本中常用環境變量的名稱和意義。

執行./conf?igure指令後，就生成了gcc-4.4.0目錄下的makef?ile檔案。此時，可以使用make工具來進行整個gcc源代碼的編譯過程。這個過程的執行異常複雜，為了了解整個編譯的詳細過程，建議讀者将編譯的過程重定向到檔案中，并結合makef?ile檔案進行仔細研讀。例如，可以采用如下指令形式：

gcc源代碼編譯生成一個在本機運作的編譯器時，通常采用一個叫做bootstrapping的技術，即将gcc源代碼的編譯過程分為多個階段，通常包括stage1、stage2及stage3三個階段。這三個階段的功能分别為：

（1）stage1：使用一個現有的編譯器将gcc的源代碼編譯，生成一個新的編譯器new_gcc1；

（2）stage2：使用new_gcc1重新編譯gcc的源代碼，生成另外一個新的編譯器new_gcc2；

（3）stage3：使用new_gcc2重新編譯gcc的源代碼，生成另外一個新的編譯器new_gcc3，并且對new_gcc2和new_gcc3進行比較，如果兩者相同，則表示gcc源代碼編譯成功，否則表示生成的編譯器存在bug。

采用上述過程的目的是充分保證編譯器的正确性。詳細内容可以參考如下文檔：

<a href="http://stackoverf?low.com/questions/9429491/how-are-gcc-g-bootstrapped">http://stackoverf?low.com/questions/9429491/how-are-gcc-g-bootstrapped</a>

<a href="https://gcc.gnu.org/install/build.html">https://gcc.gnu.org/install/build.html</a>

可以通過前面生成的make-process檔案中的部分内容驗證上述說法。

以下是各個階段生成的gcc檔案的對比。

使用現有編譯器生成的xgcc（即new_gcc1）：

使用new_gcc1重新編譯gcc的源代碼，生成另外一個新的編譯器xgcc（即new_gcc2）：

使用new_gcc2重新編譯gcc的源代碼，生成另外一個新的編譯器xgcc（即new_gcc3）：

可以看出，兩個階段生成的編譯器gcc/xgcc與prev-gcc/xgcc的大小相同。

另外，還可以使用diff工具對兩個編譯器目标檔案進行對比，從指令的結果可以看出兩者是完全相同的，是以，本次gcc源代碼的編譯是成功的。

<code>[gcc@localhost host-i686-pc-linux-gnu]$ diff gcc/xgcc prev-gcc/xgcc</code>

gcc源代碼成功編譯後，生成的可執行程式及文檔等的安裝可以使用如下指令進行：

<code>make install</code>