The History of GCC
1984年，Richard Stallman發起了自由軟件運動，GNU (Gnu's Not Unix)項目應運而生，3年后，最初版的GCC橫空出世，成為第一款可移植、可優化、支持ANSI C的開源C編譯器。
GCC最初的全名是GNU C Compiler,之后，隨著GCC支持的語言越來越多，它的名稱變成了GNU Compiler Collection。
這里介紹的gcc是GCC的前端，C編譯器.
警告信息
-Wall : 顯示所有常用的編譯警告信息。
-W : 顯示更多的常用編譯警告，如：變量未使用、一些邏輯錯誤。
-Wconversion : 警告隱式類型轉換。
-Wshadow : 警告影子變量（在代碼塊中再次聲明已聲明的變量)
-Wcast-qual ：警告指針修改了變量的修飾符。如：指針修改const變量。
-Wwrite-strings : 警告修改const字符串。
-Wtraditional : 警告ANSI編譯器與傳統C編譯器有不同的解釋。
-Werror : 即使只有警告信息，也不編譯。（gcc默認：若只有警告信息，則進行編譯，若有錯誤信息，則不編譯）
C語言標準
你可以在gcc的命令行中通過指定選項來選擇相應的C語言標準: 從傳統c到最新的GNU擴展C. 默認情況下, gcc使用最新的GNU C擴展.
-ansi : 關閉GNU擴展中與ANSI C相抵觸的部分。
-pedantic : 關閉所有的GNU擴展。
-std=c89 : 遵循C89標準
-std=c99 : 遵循C99標準
-std=traditional : 使用原始C
注意：后4個選項可以與-ansi結合使用，也可以單獨使用。
可在gcc中使用大量GNU C擴展.
生成特定格式的文件
以hello.c為例子，可以設置選項生成hello.i, hello.s, hello.o以及最終的hello文件：
hello.c : 最初的源代碼文件；
hello.i : 經過編譯預處理的源代碼；
hello.s : 匯編處理后的匯編代碼；
hello.o : 編譯后的目標文件，即含有最終編譯出的機器碼，但它里面所引用的其他文件中函數的內存位置尚未定義。
hello / a.out : 最終的可執行文件
(還有.a(靜態庫文件), .so(動態庫文件), .s(匯編源文件)留待以后討論)
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如果你不通過-o指定生成可執行文件名，那么會默認生成a.out. 不指定生成文件名肯能覆蓋你上次生成的a.out.
e.g.
$ gcc hello.c
在不給gcc傳遞任何參數的情況下, gcc執行默認的操作: 將源文件編譯為目標文件--> 將目標文件連接為可執行文件(名為a.out) --> 刪除目標文件.
-c生成.o文件時，默認生成與源代碼的主干同名的.o文件。比如對應hello.c生成hello.o. 但也可在生成目標文件時指定目標文件名(注意同時要給出.o后綴): $ gcc -c -o demo.o demo.c
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$ gcc -Wall -c hello.c : 生成hello.o
$ gcc -Wall -c -save-temps hello.c : 生成hello.i, hello.s, hello.o
注意-Wall 選項的使用場合：僅在涉及到編譯（即會生成.o文件時，用-Wall）
多文件編譯、連接
如果原文件分布于多個文件中：file1.c, file2,c
$ gcc -Wall file1.c file2.c -o name
若對其中一個文件作了修改，則可只重新編譯該文件,再連接所有文件：
$ gcc -Wall -c file2.c
$ gcc file1.c file2.o -c name
注意：若編譯器在命令行中從左向右順序讀取.o文件，則它們的出現順序有限制：含有某函數定義的文件必須出現在含有調用該函數的文件之后。好在GCC無此限制。
編譯預處理
以上述的hello.c為例, 要對它進行編譯預備處理,
有兩種方法: 在gcc中指定-E選項,
或直接調用cpp.gcc的編譯預處理命令程序為cpp，比較新版本的gcc已經將cpp集成了，但仍提供了cpp命令. 可以直接調用cpp命令,
也可以在gcc中指定-E選項指定它只進行編譯預處理.
$ gcc -E
hello.c
== $ cpp hello.c
上述命令馬上將預處理結果顯示出來. 不利于觀看. 可采用-c將預處理結果保存:
$ gcc -E -c hello.i hello.c == $ cpp -o hello.i hello.c
注意, -c指定名稱要給出".i"后綴.
另外, gcc針對編譯預處理提供了一些選項:
(1) 除了直接在源代碼中用 #define NAME來定義宏外，gcc可在命令行中定義宏：-DNAME(其中NAME為宏名),
也可對宏賦值: -DNAME=value 注意等號兩邊不能有空格!
由于宏擴展只是一個替換過程，也可以將value換成表達式，但要在兩邊加上雙括號: -DNAME="statement"
e.g. $ gcc -Wall -DVALUE="2+2" tmp.c -o tmp
如果不顯示地賦值，如上例子，只給出：-DVALUE,gcc將使用默認值：1.
(2) 除了用戶定義的宏外, 有一些宏是編譯器自動定義的，它們以__開頭，運行: $ cpp -dM /dev/null, 可以看到這些宏. 注意, 其中含有不以__開頭的非ANSI宏，它們可以通過-ansi選項被禁止。
查看宏擴展
1, 運行 $ gcc -E test.c
，gcc對test.c進行編譯預處理，并立馬顯示結果. (不執行編譯)
2, 運行 $ gcc -c -save-temps test.c ，不光產生test.o，還產生test.i, test.s，前者是編譯預處理結果, 后者是匯編結果.
利用Emacs查看編譯預處理結果
針對含有編譯預處理命令的代碼，可以利用emacs方便地查看預處理結果，而不需執行編譯，更為方便的是，可以只選取一段代碼，而非整個文件：
1，選擇想要查看的代碼
2，C-c C-e (M-x c-macro-expand)
這樣，就自動在一個名為"Macroexpansion"的buffer中顯示pre-processed結果.
生成匯編代碼
使用"-S"選項指定gcc生成以".s"為后綴的匯編代碼:
$ gcc -S hello.c
$ gcc -S -o hello.s hello.c
生成匯編語言的格式取決于目標平臺. 另外, 如果是多個.c文件, 那么針對每一個.c文件生成一個.s文件.
包含頭文件
在程序中包含與連接庫對應的頭文件是很重要的方面，要使用庫，就一定要能正確地引用頭文件。一般在代碼中通過#include引入頭文件,
如果頭文件位于系統默認的包含路徑(/usr/includes), 則只需在#include中給出頭文件的名字, 不需指定完整路徑.
但若要包含的頭文件位于系統默認包含路徑之外, 則有其它的工作要做: 可以(在源文件中)同時指定頭文件的全路徑.
但考慮到可移植性，最好通過-I在調用gcc的編譯命令中指定。
下面看這個求立方的小程序(陰影語句表示剛開始不存在）:
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
double x = pow (2.0, 3.0);
printf("The cube of 2.0 is %f\n", x);
return 0;
} |
使用gcc-2.95來編譯它(-lm選項在后面的連接選項中有介紹, 這里只討論頭文件的包含問題):
$ gcc-2.95 -Wall pow.c -lm -o pow_2.95
pow.c: In function `main':
pow.c:5: warning: implicit declaration of function `pow'
程序編譯成功，但gcc給出警告: pow函數隱式聲明。
$ ./pow_2.95
The cube of 2.0 is 1.000000
明顯執行結果是錯誤的，在源程序中引入頭文件(#include <math.h>)，消除了錯誤。
不要忽略Warning信息！它可能預示著，程序雖然編譯成功，但運行結果可能有錯。故，起碼加上"-Wall"編譯選項！并盡量修正Warning警告。
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搜索路徑
首先要理解 #include<file.h>和#include"file.h"的區別:
#include<file.h>只在默認的系統包含路徑搜索頭文件
#include"file.h"首先在當前目錄搜索頭文件, 若頭文件不位于當前目錄, 則到系統默認的包含路徑搜索頭文件.
UNIX類系統默認的系統路徑為：
頭文件，包含路徑： /usr/local/include/ or /usr/include/
庫文件，連接路徑： /usr/local/lib/ or /usr/lib/
對于標準c庫(glibc或其它c庫)的頭文件, 我們可以直接在源文件中使用#include <file.h>來引入頭文件.
如果要在源文件中引入自己的頭文件, 就需要考慮下面的問題:
1, 如果使用非系統頭文件, 頭文件和源文件位于同一個目錄, 如何引用頭文件呢?
——我們可以簡單地在源文件中使用 #include "file.h", gcc將當前目錄的file.h引入到源文件. 如果你很固執,
仍想使用#include <file.h>語句, 可以在調用gcc時添加"-I."來將當前目錄添加到系統包含路徑.
細心的朋友可能會想到: 這樣對引用其它頭文件會不會有影響? 比如,
#include<file.h>之后緊接著一個#include<math.h>, 它能正確引入math.h嗎?
答案是: 沒有影響. 仍然能正確引用math.h. 我的理解是: "-I."將當前目錄作為包含路徑的第一選擇, 若在當前目錄找不到頭文件,
則在默認路徑搜索頭文件. 這實際上和#include"file.h"是一個意思.
2, 對于比較大型的工程, 會有許多用戶自定義的頭文件, 并且頭文件和.c文件會位于不同的目錄. 又該如何在.c文件中引用頭文件呢?
——
可以直接在.c文件中利用#include“/path/file.h", 通過指定頭文件的路徑(可以是絕對路徑,
也可以是相對路徑)來包含頭文件. 但這明顯降低了程序的可移植性. 在別的系統環境下編譯可能會出現問題.
所以還是利用"-I"選項指定頭文件完整的包含路徑.
針對頭文件比較多的情況, 最好把它們統一放在一個目錄中, 比如~/project/include. 這樣就不需為不同的頭文件指定不同的路徑. 如果你嫌每次輸入這么多選項太麻煩, 你可以通過設置環境變量來添加路徑:
$ C_INCLUDE_PATH=/opt/gdbm-1.8.3/include
$ export C_INCLUDE_PATH
$ LIBRART_PATH=/opt/gdbm-1.8.3/lib
$ export LIBRART_PATH
可一次指定多個搜索路徑，":"用于分隔它們，"."表示當前路徑，如：
$ C_INCLUDE_PATH=.:/opt/gdbm-1.8.3/include:/net/include
$ LIBRARY_PATH=.:/opt/gdbm-1.8.3/lib:/net/lib
（可以添加多個路徑，路徑之間用:相隔，.代表當前目錄，若.在最前頭，也可省略）
當然，若想永久地添加這些路徑，可以在.bash_profile中添加上述語句.
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3, 還有一個比較猥瑣的辦法: 系統默認的包含路徑不是/usr/include或/usr/local/include么? 我把自己的頭文件拷貝到其中的一個目錄, 不就可以了么? 的確可以這樣, 如果你只想在你自己的機器上編譯運行這個程序的話
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前面介紹了三種添加搜索路徑的方法，如果這三種方法一起使用，優先級如何呢？
命令行設置 > 環境變量設置 > 系統默認
與外部庫連接
前面介紹了如何包含頭文件. 而頭文件和庫是息息相關的, 使用庫時, 要在源代碼中包含適當的頭文件，這樣才能聲明庫中函數的原型(發布庫時, 就需要給出相應的頭文件).
和包含路徑一樣, 系統也有默認的連接路徑:
頭文件，包含路徑： /usr/local/include/ or /usr/include/
庫文件，連接路徑： /usr/local/lib/ or /usr/lib/
同樣地, 我們想要使用某個庫里的函數, 必須將這個庫連接到使用那些函數的程序中.
有一個例外: libc.a或libc.so (C標準庫,它包含了ANSI
C所定義的C函數)是不需要你顯式連接的, 所有的C程序在運行時都會自動加載c標準庫.
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除了C標準庫之外的庫稱之為"外部庫", 它可能是別人提供給你的, 也可能是你自己創建的(后面有介紹如何創建庫的內容).
外部庫有兩種：(1)靜態連接庫lib.a
(2)共享連接庫lib.so
兩者的共同點：
.a, .so都是.o目標文件的集合，這些目標文件中含有一些函數的定義（機器碼），而這些函數將在連接時會被最終的可執行文件用到。
兩者的區別：
靜態庫.a : 當程序與靜態庫連接時，庫中目標文件所含的所有將被程序使用的函數的機器碼被copy到最終的可執行文件中.
靜態庫有個缺點: 占用磁盤和內存空間. 靜態庫會被添加到和它連接的每個程序中, 而且這些程序運行時, 都會被加載到內存中.
無形中又多消耗了更多的內存空間.
共享庫.so :
與共享庫連接的可執行文件只包含它需要的函數的引用表，而不是所有的函數代碼，只有在程序執行時, 那些需要的函數代碼才被拷貝到內存中,
這樣就使可執行文件比較小, 節省磁盤空間(更進一步，操作系統使用虛擬內存，使得一份共享庫駐留在內存中被多個程序使用).共享庫還有個優點:
若庫本身被更新, 不需要重新編譯與
它連接的源程序。
靜態庫
下面我們來看一個簡單的例子，計算2.0的平方根（假設文件名為sqrt.c）：
#include <math.h>
#include <stdio.h>
int
main (void)
{
double x = sqrt (2.0);
printf ("The square root of 2.0 is %f\n", x);
return 0;
}
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用gcc將它編譯為可執行文件：
$ gcc -Wall sqrt.c -o sqrt
編譯成功，沒有任何警告或錯誤信息。執行結果也正確。
$ ./sqrt
The square root of 2.0 is 1.414214
下面我們來看看剛才使用的gcc版本：
$ gcc --version
gcc (GCC) 4.0.2 20050808 (prerelease) (Ubuntu 4.0.1-4ubuntu9)
現在我用2.95版的gcc把sqrt.c再編譯一次：
$ gcc-2.95 -Wall sqrt.c -o sqrt_2.95
/tmp/ccVBJd2H.o: In function `main':
sqrt.c:(.text+0x16): undefined reference to `sqrt'
collect2: ld returned 1 exit status
編
譯器會給出上述錯誤信息，這是因為sqrt函數不能與外部數學庫"libm.a"相連。sqrt函數沒有在程序中定義，也不存在于默認C庫
"libc.a"中，如果用gcc-2.95，應該顯式地選擇連接庫。上述出錯信息中的"/tmp/ccVBJd2H.o"是gcc創造的臨時目標文件，
用作連接時用。
使用下列的命令可以成功編譯：
$ gcc-2.95 -Wall sqrt.c /usr/lib/libm.a -o sqrt_2.95
它告知gcc:在編譯sqrt.c時，加入位于/usr/lib中的libm.a庫（C數學庫）。
C庫文件默認位于/usr/lib, /usr/local/lib系統目錄中； gcc默認地從/usr/local/lib, /usr/lib中搜索庫文件。（在我的Ubuntu系統中，C庫文件位于/urs/lib中。
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這里還要注意連接順序的問題，比如上述命令，如果我改成：
$ gcc-2.95 -Wall /usr/lib/libm.a sqrt.c -o sqrt_2.95
gcc會給出出錯信息：
/tmp/cc6b3bIa.o: In function `main':
sqrt.c:(.text+0x16): undefined reference to `sqrt'
collect2: ld returned 1 exit status
正如讀取目標文件的順序，gcc也在命令行中從左向右讀取庫文件——任何包含某函數定義的庫文件必須位于調用該函數的目標文件之后！
指定庫文件的絕對路徑比較繁瑣，有一種簡化方法，相對于上述命令，可以用下面的命令來替代：
$ gcc-2.95 -Wall sqrt.c -lm -o sqrt_2.95
其中的"-l"表示與庫文件連接，"m"代表"libm.a"中的m。一般而言，"-lNAME"選項會使gcc將目標文件與名為"libNAME.a"的庫文件相連。（這里假設使用默認目錄中的庫，對于其他目錄中的庫文件，參考后面的“搜索路徑”。）
上面所提到的"libm.a"就是靜態庫文件，所有靜態庫文件的擴展名都是.a！
$ whereis libm.a
libm: /usr/lib/libm.a /usr/lib/libm.so
正如前面所說，默認的庫文件位于/usr/lib/或/usr/local/lib/目錄中。其中，libm.a是靜態庫文件，libm.so是后面會介紹的動態共享庫文件。
如果調用的函數都包含在libc.a中（C標準庫被包含在/usr/lib/libc.a中，它包含了ANSI
C所定義的C函數）。那么沒有必要顯式指定libc.a：所有的C程序運行時都自動包含了C標準庫！（試試 $ gcc-2.95 -Wall
hello.c -o hello)。
共享庫
正因為共享庫的優點，如果系統中存在.so庫，gcc默認使用共享庫（在/usr/lib/目錄中，庫文件以共享和靜態兩種版本存在）。
運行：$ gcc -Wall -L. hello.c -lNAME -o hello
gcc先檢查是否有替代的libNAME.so庫可用。
正如前面所說，共享庫以.so為擴展名（so == shared object)。
那么，如果不想用共享庫，而只用靜態庫呢？可以加上 -static選項
$ gcc -Wall -static hello.c -lNAME -o hello
它等價于：
$ gcc -Wall hello.c libNAME.a -o hello
$ gcc-2.95 -Wall sqrt.c -static -lm -o sqrt_2.95_static
$ gcc-2.95 -Wall sqrt.c -lm -o sqrt_2.95_default
$ gcc-2.95 -Wall sqrt.c /usr/lib/libm.a -o sqrt_2.95_a
$ gcc-2.95 -Wall sqrt.c /usr/lib/libm.so -o sqrt_2.95_so
$ ls -l sqrt*
-rwxr-xr-x 1 zp zp 21076 2006-04-25 14:52 sqrt_2.95_a
-rwxr-xr-x 1 zp zp 7604 2006-04-25 14:52 sqrt_2.95_default
-rwxr-xr-x 1 zp zp 7604 2006-04-25 14:52 sqrt_2.95_so
-rwxr-xr-x 1 zp zp 487393 2006-04-25 14:52 sqrt_2.95_static
上述用四種方式編譯sqrt.c，并比較了可執行文件的大小。奇怪的是，-static -lm 和 /lib/libm.a為什么有區別？有知其原因著，懇請指明，在此謝謝了！ :)
如果libNAME.a在當前目錄，應執行下面的命令：
$ gcc -Wall -L. hello.c -lNAME -o hello
-L.表示將當前目錄加到連接路徑。
利用GNU archiver創建庫
$ ar cr libhello.a hello_fn.o by_fn.o
從hello_fn.o和by_fn.o創建libihello.a，其中cr表示：creat & replace
$ ar t libhello.a
列出libhello.a中的內容，t == table
（也可創建libhello.so）
關于創建庫的詳細介紹，可參考本blog的GNU binutils筆記
調試
一般地，可執行文件中是不包含任何對源代碼的參考的，而debugger要工作，就要知道目標文件／可執行文件中的機器碼對應的源代碼的信息（如：哪條語
句、函數名、變量名...). debugger工作原理：將函數名、變量名，對它們的引用，將所有這些對象對應的代碼行號儲存到目標文件或可執行文件的符
號表中。
GCC提供-g選項，將調試信息加入到目標文件或可執行文件中。
$ gcc -Wall -g hello.c -o hello
注意：若發生了段錯誤，但沒有core dump，是由于系統禁止core文件的生成！
$ ulimit -c ，若顯示為0，則系統禁止了core dump
解決方法:
$ ulimit -c unlimited （只對當前shell進程有效）
或在~/.bashrc 的最后加入： ulimit -c unlimited （一勞永逸）
優化
GCC具有優化代碼的功能，代碼的優化是一項比較復雜的工作，它可歸為：源代碼級優化、速度與空間的權衡、執行代碼的調度。
GCC提供了下列優化選項：
-O0 : 默認不優化（若要生成調試信息，最好不優化）
-O1 : 簡單優化，不進行速度與空間的權衡優化；
-O2 : 進一步的優化，包括了調度。（若要優化，該選項最適合，它是GNU發布軟件的默認優化級別；
-O3 : 雞肋，興許使程序速度更慢；
-funroll-loops : 展開循環，會使可執行文件增大，而速度是否增加取決于特定環境；
-Os : 生成最小執行文件；
一般來說，調試時不優化，一般的優化選項用-O2（gcc允許-g與-O2聯用，這也是GNU軟件包發布的默認選項），embedded可以考慮-Os。
注意：此處為O！（非0或小寫的o,-o是指定可執行文件名）。
檢驗優化結果的方法：$ time ./prog
time測量指定程序的執行時間，結果由三部分組成：
real : 進程總的執行時間, 它和系統負載有關(包括了進程調度,切換的時間)
user: 被測量進程中用戶指令的執行時間
sys : 被測量進程中內核代用戶指令執行的時間
user和sys的和被稱為CPU時間.
注意：對代碼的優化可能會引發警告信息，移出警告的辦法不是關閉優化，而是調整代碼。