GCC基础

1. GCC编译器简介

GCC 可以编译如 C、C++、Object C、Java、Fortran、Pascal、Modula-3、和 Ada 等多种语言，而且 GCC 又是一个交叉平台编译器，它能够在当前 CPU 平台上为多种不同体系结构的硬件平台开发软件，因此尤其适合在嵌入式软件领域的开发编译。在使用 GCC 编译程序时，编译过程可以被细分为四个阶段：

预处理（Pre-Processing）

编译（Compiling）

汇编（Assembing）

链接（Linking）

GCC 提供了 30 多条警告信息和三个警告级别，使用它们有助于增强程序的稳定性和可移植性，此外，GCC 还对标准的 C 和 C++语言进行了大量的扩展，提高程序的执行效率，有助于编译器进行代码优化，能够减轻编程的工作量。GCC 通过文件后缀名来区别输入文件的类别。

2. GCC的使用

GCC 仅仅是一个编译器，没有界面，必须在命令行模式下使用。通过 gcc 命令就可以将源文件编译成可执行文件。GCC 既可以一次性完成 C 语言源文件的编译，也可以分步骤完成，我们先完整演示如何一次性完成源文件的编译，让大家对 GCC 的使用有一个初步的了解。

以下面简单的 C 语言程序为例，打开 Sublime Text 输入代码，保存到桌面上，命名为 demo.c 。

#include <stdio.h>
int main()
    puts("shiyanlou");
    return 0;
查看gcc版本号 gcc -v
在 Linux 下编译 C 语言程序，一般的 Linux 发行版都内建的有 GCC，无需用户再自行安装。打开 Xfce 终端，使用以下命令查看 GCC 版本：
gcc -v
最后的gcc version后面的数字就是型号，说明gcc 安装好了，如果没有安装使用
Ubuntu等基于Debian发行版Linux可以使用如下命令安装：

apt -get install gcc
Fedora等基于RPM发行版Linux可以使用如下命令安装：

yum install gcc
生成可执行文件
输入以下命令，生成可执行程序文件：
$ cd Desktop #进入源文件所在目录
$ gcc demo.c #在 gcc 命令后面紧跟源文件
我们能够发现在桌面上多了一个名为 a.out 的文件，这就是最终生成的可执行文件。
这样我们就完成了编译和链接的过程。值得一提的是，Linux 不像 Windows 那样以文件后缀来区分可执行文件，Linux 下的可执行文件后缀理论上可以是任意的，这里的 .out 只是用来表明它是 GCC 的输出文件。不管源文件的名字是什么，GCC 生成的可执行文件的默认名字始终是 a.out。
如果不想使用默认的文件名，那么可以通过 -o 选项来自定义文件名：
$ gcc demo.c -o demo.out
这样生成的可执行程序的名字就是 demo.out。可执行文件也可以不带后缀，因为 Linux 下可执行文件的后缀仅仅是一种形式上的：
$ gcc demo.c -o demo
这样生成的可执行程序的名字就是 demo。
输入以下命令，生成可执行程序文件：
$ cd Desktop #进入源文件所在目录
$ gcc demo.c #在 gcc 命令后面紧跟源文件
我们能够发现在桌面上多了一个名为 a.out 的文件，这就是最终生成的可执行文件。
这样我们就完成了编译和链接的过程。值得一提的是，Linux 不像 Windows 那样以文件后缀来区分可执行文件，Linux 下的可执行文件后缀理论上可以是任意的，这里的 .out 只是用来表明它是 GCC 的输出文件。不管源文件的名字是什么，GCC 生成的可执行文件的默认名字始终是 a.out。
如果不想使用默认的文件名，那么可以通过 -o 选项来自定义文件名：
$ gcc demo.c -o demo.out
这样生成的可执行程序的名字就是 demo.out。可执行文件也可以不带后缀，因为 Linux 下可执行文件的后缀仅仅是一种形式上的：
$ gcc demo.c -o demo
这样生成的可执行程序的名字就是 demo。
通过 -o 选项也可以将可执行文件输出到其他目录，并不一定非得在当前目录下，例如：
$ gcc democ -o ../demo.out
../ 表示上一层目录，如果不写，默认是当前目录。这里的上一层目录是 shiyanlou，打开该目录能够看到生成的可执行文件 demo.out。
表示将可执行文件输出到上一层目录，并命名为 demo.out。
运行可执行程序
既然我们已经生成了可执行程序，现在我们来学着如何运行它。执行以下命令：
$ ./a.out
./ 表示当前目录，整条命令的意思是运行当前目录下的 a.out 程序。如果不写 ./，Linux 会到系统路径下查找 a.out，而系统路径下显然不存在这个程序，所以会运行失败。
注意： 如果程序没有执行权限，可以使用 sudo chmod 777 a.out 命令来增加权限。
2️⃣ GCC编译过程（四阶段）
上一实验我们学习了如何使用 GCC 一次性完成编译和链接的整个过程，一般来说我们在学习 C 语言过程中都这么做，因为这样最方便。从程序员的角度看，只需简单地执行一条 GCC 命令就可以了，但从编译器的角度来看，却需要完成一系列非常繁杂的工作。为了更好地理解 GCC 的工作过程，我们可以把 GCC 编译过程分成几个步骤单独进行，并观察每一步的运行结果。
GCC 预处理阶段
GCC 编译阶段
GCC 汇编阶段
GCC 链接阶段
1. 预处理阶段 -E .i
GCC 预处理阶段第一个任务是头文件展开，例如一开始的 #include <stdio.h>，那么预处理阶段就会把这个 stdio.h 文件加载到你的 .c 中去。
第二个任务就是宏定义和条件编译处理，ANSI 标准可用的预处理宏定义和条件编译命令主要有这些：
#define
#error
#include
#else
#endif
#ifdef
#ifndef
#undef
#line
#pragma
该阶段会生成一个中间文件 *.i，但实际工作中通常不会专门生成这种文件，基本上用不到，如果非要生成这种文件，可以使用 -E 参数让 GCC 在预处理结束后停止编译过程。
我们还是使用上一节实验的 C 语言源程序并以 demo.c 命名保存在桌面：
#include <stdio.h>
int main()
    puts("shiyanlou");
    return 0;
打开终端，执行以下命令，让 GCC 在预处理结束后停止编译过程。
$ cd Desktop
$ gcc -E demo.c -o demo.i
此时桌面上就会生成 demo.i 文件。
这个是预编处理头文件、宏定义和条件编译命令 后生成的.i文件,也是编译未完成
2. 编译阶段 -S .S
在编译阶段，GCC 把预处理后的结果编译成汇编或者目标模块。输入的是中间文件 *.i，编译后生成汇编语言文件 *.S，这个阶段对应的 GCC 命令如下：
$ gcc -S demo.i -o demo.S
此时桌面上就会生成 demo.S 文件。
生成汇编语言文件.S
3. 汇编阶段 -C .o
在汇编阶段，编译器把编译出来的结果汇编成具体 CPU 上的目标代码模块。输入汇编文件 *.S，输出机器语言 *.O。这个阶段可以通过使用参数 -C 来完成。
$ gcc -C demo.S -o demo.o
这样救生成了可编译文件 机器语言文件.o
4. 链接阶段 -o
链接阶段把多个目标代码模块连接生成一个大的目标模块，输入机器代码文件 *.o，汇集成一个可执行的二进制代码文件。这一步骤可以通过以下命令完成：
$ gcc demo.o -o demo
$ gcc demo.c -o demo (推荐)
在线上环境里执行 gcc demo.o -o demo 命令时会发生如下报错：
这里的 GCC 包中的 crt1.o 功能简单理解为：crt 是 libc 的基本包之一，它提供访问计算机的基本功能，包含了像 printf、puts 等方法，这就是为什么它经常包含在最基本的 C 应用程序中。
在这里因为线上环境版本问题会有报错，所以我们执行第二条命令 gcc demo.c -o demo，这并不影响我们的学习，因为在本小节我们需要理解的是 GCC 编译过程以及它的基础原理，在平常使用中我们并不会像这样分步地对程序进行编译。
最后用./执行可执行二进制文件就行了
本小节我们学习了以下知识点：
GCC 预处理阶段
GCC 编译阶段
GCC 汇编阶段
GCC 链接阶段
本小节我们需要理解的是 GCC 编译过程以及它的基础原理，在平常使用中我们并不会像这样分步地对程序进行编译，一般都是直接使用 gcc demo.c -o demo 命令。
3️⃣ GCC 警告提示和代码优化
本小节主要学习 GCC 的警告提示和代码优化功能。GCC 包含完整的出错检查和警告提示功能，它们可以帮助 Linux 程序员写出更加专业和优美的代码。
我们千万不能小瞧这两个功能，在很多情况下，含有警告信息的代码往往会有意想不到的运行结果。代码优化则能通过编译器分析源码，找出其中尚未达到最优的部分，然后对其重新进行组合，目的是改善程序的执行功能。GCC 提供的警告提示和代码优化功能十分强大，我们接下来就对此进行介绍。
GCC 警告提示功能
GCC 代码优化
GCC 常用选项
1. GCC 警告提示功能
- pedantic
我们先来看一段能让 GCC 产生警告的代码，将这一段代码保存到桌面上。
//demo.c
#include <stdio.h>
void main(void)
    long long int var = 2020;
    printf("This is a bad code!\n");
这段代码有以下问题：
main 函数的返回值被声明为 void，但实际上应该是 int。
使用了 GNU 语法扩展，即使用 long long 来声明 64 位整数，不符合 ANSI/ISO C 语言标准。
main 函数在终止前没有调用 return 语句。
下面来看看 GCC 是如何帮助程序员来发现这些错误的，当 GCC 在编译不符合 ANSI/ISO C 语言标准的源代码时，如果加上了 -pedantic 选项，那么使用了扩展语法的地方将产生相应的警告信息。
打开终端，执行以下命令：
$ gcc -pedantic demo.c -o demo
现在我们对上面的程序进行修改，将 main 函数的返回值声明为 int，var 变量定义为长整形（long int），在 main 函数的最后增加返回语句return 0; ，如下所示：
#include <stdio.h>
int main(void)
    long int var = 2020;
    printf("This is a bad code!\n");
    return 0;
然后再次使用 GCC 的 -pedantic 进行编译。
这个时候可能就有人有疑问了，明明有三个错误，为什么终端提示只有一个呢？
需要注意的是，-pedantic 编译选项并不能保证被编译程序与 ANSI/ISO C 语言标准完全兼容，它仅仅只能用来帮助程序员离这个目标越来越近。换句话说，-pedantic 选项能够帮助大家发现一些不符合 ANSI/ISO C 语言标准的代码，但不是全部。
事实上只有 ANSI/ISO C 语言标准中要求进行编译器诊断的那些问题才有可能被 GCC 发现并提出警告。
- Wall
除了-pedantic 之外，GCC 还有一些其他编译选项也能够产生有用的警告信息。这些选项大多以 -W 开头，其中最有价值的当数 -Wall 了，使用它能使 GCC 阐释尽可能多的警告信息：
GCC 给出的警告信息虽然从严格意义上说不能算作是错误，但很可能错误就藏身于这些地方。我们应该避免产生警告信息，所以我建议在用 GCC 编译源代码时始终带上 -Wall 选项，这对找出常见的隐式编程错误很有帮助。
2. GCC代码优化
代码优化是指编译器通过分析源代码，找出其中尚未达到最优的部分，然后对其重新进行组合，目的是改善程序的执行性能。
GCC 提供的代码优化功能非常强大，它通过编译选项 -On 来控制优化代码的生成，其中 n 是一个代表优化级别的整数。对于不同版本的 GCC 来讲，n 的取值范围及其对应的优化效果可能并不完全相同，比较典型的范围是从 0 变化到 2 或 3。
编译时使用选项 -O 可以告诉 GCC 同时减小目标代码的长度和执行时间，其效果等价于 -O1。
选项 -O2 告诉 GCC 除了完成 -O1 级别的优化之外，同时还要进行一些额外的调整工作，如处理器指令调度等。
选项 -O3 则除了完成 -O2 级别的优化之外，还包括循环展开和其他一些与处理器特性相关的优化工作。
通常来说，数字越大优化的等级越高，同时也意味着程序的运行速度越快。许多程序员喜欢使用 -O2 选项，因为它在优化长度、编译时间和代码大小之间取得了一个比较理想的平衡点。
现在我们来看一段效率很低的代码：
#include<stdio.h>
int main(void)
    double counter;
    double result;
    double temp;
    for(counter = 0; counter < 2020.0*2020.0*2020.0/20.0+2020; counter += (5-1)/4)
        temp = counter / 1979;
        result = counter;
    printf("Result is %lf\n", result);
    return 0;
在终端输入以下命令查看运行时间：
$ gcc demo.c -o demo #不加任何优化选项进行编译
$ time ./demo #借助Linux提供的time命令，统计出改程序在运行时所需的时间
可以明显感受到不加任何优化选项进行编译时运行的缓慢，现在我们使用优化选项 -O 来对代码进行优化处理：
$ gcc -O demo.c -o demo
$ time ./demo
从运行结果可以看出，我们使用优化选项来对代码进行优化处理后，程序的性能得到了很大幅度的改善，从原来将近 6s 降低到 1s。如果我们使用优化的等级更高的选项 -O2，-O3：
你会发现-O2、-O3 与 -O 的效果相差并不大，这是代表他们没有任何区别吗？
并不是。因为我们在这里只是一个很简单的程序，如果在大型的项目中，数字越大则优化的等级越高。
尽管 GCC 代码优化功能很强大，但是我们仍然要要求能写出高质量代码，这样编译器就不会做更多的工作。优化虽然能给程序带来更好的执行性能，但在一些场合中应避免优化代码：
程序开发的时候：优化等级越高，消耗在编译上的时间就越长，因此在开发的时候最好不要使用优化选项，只有到软件发行或开发结束的时候，才考虑对最终生成的代码进行优化。
资源受限的时候：一些优化选项会增加可执行代码的体积，如果程序在运行时能够申请到的内存资源非常紧张(如一些实时嵌入式设备)，那就不要对代码进行优化，因为由这带来的负面影响可能会产生非常严重的后果。
跟踪调试的时候：在对代码进行优化的时候，某些代码可能会被删除或改写，或者为了取得更佳的性能而进行重组，从而使跟踪和调试变得异常困难。
！4️⃣ GCC常用选项
学习到这里，GCC 的使用我们就告一段落了，下一节实验将会开始 GDB 的学习之旅。通过之前的学习，我们学习了一些 GCC 的选项，GCC 是一个功能强大的编译器，其编译选项非常多，有些选项通常不会用到，因此将所有的编译选项全部列出讲解是不明智的。下面只对一些 GCC 编译器的常用选项进行讲解，这些选项在实际编程过程中非常实用。
GCC 的常用选项如下表所示：
选项名 作用
-c 通知 GCC 取消连接步骤，即编译源码并在最后生成目标文件。
-Dmacro 定义指定的宏，使它能够通过源码中的 #ifdef 进行检验。
-E 不经过编译预处理程序的输出而输送至标准输出。
-g3 获得有关调试程序的详细信息，它不能与 -o 选项联合使用。
-Idirectory 在包含文件搜索路径的起点处添加指定目录。
-llibrary 提示连接程序在创建最终可执行文件时包含指定的库。
-O -O2 -O3 将优化状态打开，该选项不能与 -g 选项联合使用。当出现多个优化时，以最后一个为准。
-O0 关闭所有优化选项。
-S 要求编译程序生成来自源代码的汇编程序输出。
-v 启动所有警报。
.h 预处理文件(标头文件)。
-Wall 在发生警报时取消编译操作，即将警报看作是错误。
-w 禁止所有的报警。
-share 此选项将尽量使用动态库，所以生成文件比较小，但是需要系统由动态库。
-shared 产生共享对象文件。
-g 在编译结果中加入调试信息。
-ggdb 加入 GDB 调试器能识别的格式。
本小节我们学习了以下知识点：
GCC 警告提示功能
GCC 代码优化
GCC 常用选项
对于 GCC 的学习就告一段落了，从下一节实验开始我们将学习 GDB 的使用。
    Halfup
        嵌入式软件
        22.5k
       粉丝
 
 目录
 收起
 
 
      1️⃣ GCC简介
      1. GCC编译器简介
      2. GCC的使用
      查看gcc版本号 gcc -v
      生成可执行文件
      运行可执行程序
      2️⃣ GCC编译过程（四阶段）
      1. 预处理阶段 -E .i
      2. 编译阶段 -S .S
      3. 汇编阶段 -C .o
      4. 链接阶段 -o
      3️⃣ GCC 警告提示和代码优化
      1. GCC 警告提示功能
      - pedantic
      - Wall

选项名	作用
-c	通知 GCC 取消连接步骤，即编译源码并在最后生成目标文件。
-Dmacro	定义指定的宏，使它能够通过源码中的 `#ifdef` 进行检验。
-E	不经过编译预处理程序的输出而输送至标准输出。
-g3	获得有关调试程序的详细信息，它不能与 `-o` 选项联合使用。
-Idirectory	在包含文件搜索路径的起点处添加指定目录。
-llibrary	提示连接程序在创建最终可执行文件时包含指定的库。
-O -O2 -O3	将优化状态打开，该选项不能与 `-g` 选项联合使用。当出现多个优化时，以最后一个为准。
-O0	关闭所有优化选项。
-S	要求编译程序生成来自源代码的汇编程序输出。
-v	启动所有警报。
.h	预处理文件(标头文件)。
-Wall	在发生警报时取消编译操作，即将警报看作是错误。
-w	禁止所有的报警。
-share	此选项将尽量使用动态库，所以生成文件比较小，但是需要系统由动态库。
-shared	产生共享对象文件。
-g	在编译结果中加入调试信息。
-ggdb	加入 GDB 调试器能识别的格式。