The History of GCC

警告信息

C語言標(biāo)準(zhǔn)

生成特定格式的文件

以hello.c為例子，可以設(shè)置選項(xiàng)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(jīng)過編譯預(yù)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(biāo)文件，即含有最終編譯出的機(jī)器碼，但它里面所引用的其他文件中函數(shù)的內(nèi)存位置尚未定義。
    hello / a.out : 最終的可執(zhí)行文件
    (還有.a(靜態(tài)庫文件), .so(動(dòng)態(tài)庫文件), .s(匯編源文件)留待以后討論)

如果你不通過-o指定生成可執(zhí)行文件名，那么會(huì)默認(rèn)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(shù)的情況下, gcc執(zhí)行默認(rèn)的操作: 將源文件編譯為目標(biāo)文件--> 將目標(biāo)文件連接為可執(zhí)行文件(名為a.out) --> 刪除目標(biāo)文件. -c生成.o文件時(shí)，默認(rèn)生成與源代碼的主干同名的.o文件。比如對應(yīng)hello.c生成hello.o. 但也可在生成目標(biāo)文件時(shí)指定目標(biāo)文件名(注意同時(shí)要給出.o后綴): $ gcc -c -o demo.o demo.c

    $ 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(xiàng)的使用場合：僅在涉及到編譯（即會(huì)生成.o文件時(shí)，用-Wall）  

多文件編譯、連接

如果原文件分布于多個(gè)文件中：file1.c, file2,c
    $ gcc -Wall file1.c file2.c -o name

若對其中一個(gè)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(xiàn)順序有限制：含有某函數(shù)定義的文件必須出現(xiàn)在含有調(diào)用該函數(shù)的文件之后。好在GCC無此限制。

編譯預(yù)處理

包含頭文件

下面看這個(gè)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(xiàng)在后面的連接選項(xiàng)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(shù)隱式聲明。
$ ./pow_2.95
The cube of 2.0 is 1.000000

明顯執(zhí)行結(jié)果是錯(cuò)誤的，在源程序中引入頭文件(#include <math.h>)，消除了錯(cuò)誤。

不要忽略Warning信息！它可能預(yù)示著，程序雖然編譯成功，但運(yùn)行結(jié)果可能有錯(cuò)。故，起碼加上"-Wall"編譯選項(xiàng)！并盡量修正Warning警告。

搜索路徑

首先要理解 #include<file.h>和#include"file.h"的區(qū)別:
#include<file.h>只在默認(rèn)的系統(tǒng)包含路徑搜索頭文件
#include"file.h"首先在當(dāng)前目錄搜索頭文件, 若頭文件不位于當(dāng)前目錄, 則到系統(tǒng)默認(rèn)的包含路徑搜索頭文件.

UNIX類系統(tǒng)默認(rèn)的系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)c庫(glibc或其它c(diǎn)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(tǒng)頭文件, 頭文件和源文件位于同一個(gè)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(dāng)前目錄的file.h引入到源文件. 如果你很固執(zhí), 仍想使用#include <file.h>語句, 可以在調(diào)用gcc時(shí)添加"-I."來將當(dāng)前目錄添加到系統(tǒng)包含路徑. 細(xì)心的朋友可能會(huì)想到: 這樣對引用其它頭文件會(huì)不會(huì)有影響? 比如, #include<file.h>之后緊接著一個(gè)#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(dāng)前目錄作為包含路徑的第一選擇, 若在當(dāng)前目錄找不到頭文件, 則在默認(rèn)路徑搜索頭文件. 這實(shí)際上和#include"file.h"是一個(gè)意思.

2, 對于比較大型的工程, 會(huì)有許多用戶自定義的頭文件, 并且頭文件和.c文件會(huì)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(tǒng)環(huán)境下編譯可能會(huì)出現(xiàn)問題. 所以還是利用"-I"選項(xiàng)指定頭文件完整的包含路徑.

3, 還有一個(gè)比較猥瑣的辦法: 系統(tǒng)默認(rèn)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(gè)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(jī)器上編譯運(yùn)行這個(gè)程序的話.

與外部庫連接

兩者的共同點(diǎn)：
    .a, .so都是.o目標(biāo)文件的集合，這些目標(biāo)文件中含有一些函數(shù)的定義（機(jī)器碼），而這些函數(shù)將在連接時(shí)會(huì)被最終的可執(zhí)行文件用到。

兩者的區(qū)別：
    靜態(tài)庫.a  : 當(dāng)程序與靜態(tài)庫連接時(shí)，庫中目標(biāo)文件所含的所有將被程序使用的函數(shù)的機(jī)器碼被copy到最終的可執(zhí)行文件中. 靜態(tài)庫有個(gè)缺點(diǎn): 占用磁盤和內(nèi)存空間. 靜態(tài)庫會(huì)被添加到和它連接的每個(gè)程序中, 而且這些程序運(yùn)行時(shí), 都會(huì)被加載到內(nèi)存中. 無形中又多消耗了更多的內(nèi)存空間.

    共享庫.so : 與共享庫連接的可執(zhí)行文件只包含它需要的函數(shù)的引用表，而不是所有的函數(shù)代碼，只有在程序執(zhí)行時(shí), 那些需要的函數(shù)代碼才被拷貝到內(nèi)存中, 這樣就使可執(zhí)行文件比較小, 節(jié)省磁盤空間(更進(jìn)一步，操作系統(tǒng)使用虛擬內(nèi)存，使得一份共享庫駐留在內(nèi)存中被多個(gè)程序使用).共享庫還有個(gè)優(yōu)點(diǎn): 若庫本身被更新, 不需要重新編譯與 它連接的源程序。

靜態(tài)庫

下面我們來看一個(gè)簡單的例子，計(jì)算2.0的平方根（假設(shè)文件名為sqrt.c）：

用gcc將它編譯為可執(zhí)行文件：
$ gcc -Wall sqrt.c -o sqrt
編譯成功，沒有任何警告或錯(cuò)誤信息。執(zhí)行結(jié)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(xiàn)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(huì)給出上述錯(cuò)誤信息，這是因?yàn)閟qrt函數(shù)不能與外部數(shù)學(xué)庫"libm.a"相連。sqrt函數(shù)沒有在程序中定義，也不存在于默認(rèn)C庫 "libc.a"中，如果用gcc-2.95，應(yīng)該顯式地選擇連接庫。上述出錯(cuò)信息中的"/tmp/ccVBJd2H.o"是gcc創(chuàng)造的臨時(shí)目標(biāo)文件， 用作連接時(shí)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(shí)，加入位于/usr/lib中的libm.a庫（C數(shù)學(xué)庫）。

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(huì)給出出錯(cuò)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(biāo)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(shù)定義的庫文件必須位于調(diào)用該函數(shù)的目標(biāo)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(xiàng)會(huì)使gcc將目標(biāo)文件與名為"libNAME.a"的庫文件相連。（這里假設(shè)使用默認(rèn)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(tài)庫文件，所有靜態(tài)庫文件的擴(kuò)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(rèn)的庫文件位于/usr/lib/或/usr/local/lib/目錄中。其中，libm.a是靜態(tài)庫文件，libm.so是后面會(huì)介紹的動(dòng)態(tài)共享庫文件。

如果調(diào)用的函數(shù)都包含在libc.a中（C標(biāo)準(zhǔn)庫被包含在/usr/lib/libc.a中，它包含了ANSI C所定義的C函數(shù)）。那么沒有必要顯式指定libc.a：所有的C程序運(yùn)行時(shí)都自動(dòng)包含了C標(biāo)準(zhǔn)庫！（試試 $ gcc-2.95 -Wall hello.c -o hello)。

共享庫

正因?yàn)楣蚕韼斓膬?yōu)點(diǎn)，如果系統(tǒng)中存在.so庫，gcc默認(rèn)使用共享庫（在/usr/lib/目錄中，庫文件以共享和靜態(tài)兩種版本存在）。 

運(yùn)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(kuò)展名（so == shared object)。

那么，如果不想用共享庫，而只用靜態(tài)庫呢？可以加上 -static選項(xiàng)
$ gcc -Wall -static hello.c -lNAME -o hello
它等價(jià)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(zhí)行文件的大小。奇怪的是，-static -lm 和 /lib/libm.a為什么有區(qū)別？有知其原因著，懇請指明，在此謝謝了！ :)

如果libNAME.a在當(dāng)前目錄，應(yīng)執(zhí)行下面的命令：
$ gcc -Wall -L. hello.c -lNAME -o hello
-L.表示將當(dāng)前目錄加到連接路徑。

利用GNU archiver創(chuàng)建庫

$ ar cr libhello.a hello_fn.o by_fn.o
從hello_fn.o和by_fn.o創(chuàng)建libihello.a，其中cr表示：creat & replace
$ ar t libhello.a
列出libhello.a中的內(nèi)容，t == table
（也可創(chuàng)建libhello.so）

關(guān)于創(chuàng)建庫的詳細(xì)介紹，可參考本blog的GNU binutils筆記

GCC提供-g選項(xiàng)，將調(diào)試信息加入到目標(biāo)文件或可執(zhí)行文件中。
$ gcc -Wall -g hello.c -o hello

注意：若發(fā)生了段錯(cuò)誤，但沒有core dump，是由于系統(tǒng)禁止core文件的生成！
$ ulimit -c　　，若顯示為0，則系統(tǒng)禁止了core dump

解決方法:
$ ulimit -c unlimited　　（只對當(dāng)前shell進(jìn)程有效）
或在~/.bashrc　的最后加入： ulimit -c unlimited （一勞永逸）

優(yōu)化

GCC提供了下列優(yōu)化選項(xiàng)：
    -O0  : 默認(rèn)不優(yōu)化（若要生成調(diào)試信息，最好不優(yōu)化）
    -O1  : 簡單優(yōu)化，不進(jìn)行速度與空間的權(quán)衡優(yōu)化；   
    -O2  : 進(jìn)一步的優(yōu)化，包括了調(diào)度。（若要優(yōu)化，該選項(xiàng)最適合，它是GNU發(fā)布軟件的默認(rèn)優(yōu)化級(jí)別；
    -O3  : 雞肋，興許使程序速度更慢；
    -funroll-loops  : 展開循環(huán)，會(huì)使可執(zhí)行文件增大，而速度是否增加取決于特定環(huán)境；
    -Os  : 生成最小執(zhí)行文件；

一般來說，調(diào)試時(shí)不優(yōu)化，一般的優(yōu)化選項(xiàng)用-O2（gcc允許-g與-O2聯(lián)用，這也是GNU軟件包發(fā)布的默認(rèn)選項(xiàng)），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(zhí)行文件名）。

檢驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果的方法：$ time ./prog

time測量指定程序的執(zhí)行時(shí)間，結(jié)果由三部分組成：
    real : 進(jìn)程總的執(zhí)行時(shí)間, 它和系統(tǒng)負(fù)載有關(guān)(包括了進(jìn)程調(diào)度,切換的時(shí)間)
    user: 被測量進(jìn)程中用戶指令的執(zhí)行時(shí)間
    sys  : 被測量進(jìn)程中內(nèi)核代用戶指令執(zhí)行的時(shí)間

user和sys的和被稱為CPU時(shí)間.

注意：對代碼的優(yōu)化可能會(huì)引發(fā)警告信息，移出警告的辦法不是關(guān)閉優(yōu)化，而是調(diào)整代碼。