GCC命令

GCC(GNU Compiler Collection)是Linux下最常用的C語言編譯器，是GNU項目中符合ANSI C標準的編譯系統,能夠編譯用C、C++和Object C等語言編寫的程序。同時它可以通過不同的前端模塊來支持各種語言，如Java、Fortran、Pascal、Modula-3和Ada等。
穿插一個玩笑： GNU意思是GNU’s not Unix而非角馬。然而GNU還是一個未拆分的連詞，這其實是一個源於hacker的幽默：GNU是一個迴文遊戲，第一個字母G是湊數的，你當然可以叫他做ANU或者BNU。
下面開始。

一．CC編譯程序過程分四個階段
◆ 預處理（Pre-Processing）
◆ 編譯（Compiling）
◆ 彙編（Assembling）
◆ 鏈接（Linking）

Linux程序員可以根據自己的需要讓GCC在編譯的任何階段結束轉去檢查或使用編譯器在該階段的輸出信息，或者對最後生成的二進制文件進行控制，以便通過加入不同數量和種類的調試代碼來爲今後的調試做好準備。如同其他的編譯器，GCC也提供了靈活而強大的代碼優化功能，利用它可以生成執行效率更高的代碼。
GCC提供了30多條警告信息和三個警告級別，使用它們有助於增強程序的穩定性和可移植性。此外，GCC還對標準的C和C++語言進行了大量的擴展，提高程序的執行效率，有助於編譯器進行代碼優化，能夠減輕編程的工作量。


二．簡單編譯命令
我們以Hello world程序來開始我們的學習。代碼如下：

/* hello.c */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf ("Hello world!\n");
return 0;
}

1. 執行如下命令：$ gcc -o hello hello.c
運行如下 ： $ ./hello
輸出： Hello,world!
2. 我們也可以分步編譯如下：
(1) $ gcc –E hello.c -o hello.i
//預處理結束
//這時候你看一下hello.i ，可以看到插進去了很多東西。
(2) $ gcc –S hello.i
//生成彙編代碼後結束
(3) $ gcc –c hello.c
或者：
$ gcc -c hello.c –o hello.o
或者：
$ gcc -c hello.i -o hello.o
//編譯結束
//生成 hello.o文件
(4) $ gcc hello.o –o hello.o
或者：
$ gcc –o hello hello.c
//鏈接完畢，生成可執行代碼

3. 我們可以把幾個文件一同編譯生成同一個可執行文件。
比如：一個工程有main.c foo.c def.c生成foo的可執行文件。
編譯命令如下：
$ gcc –c main.c foo.c def.c –o foo
或者：
$ gcc –o foo main.c foo.c def.c
三．庫依賴
函數庫是一些頭文件（.h）和庫文件（.so或者.a）的集合。Linux下的大多數函數都默認將頭文件放到/usr/include/目錄下，而庫文件則放到/usr/lib/目錄下，但並非絕對如此。因此GCC設有添加頭文件和庫文件的編譯選項開關。
1. 添加頭文件：-I
例如在/home/work/include/目錄下有編譯foo.c所需頭文件def.h，爲了讓GCC能找到它們，就需要使用-I選項：
$ gcc foo.c -I /home/work/include/def.h -o foo
2. 添加庫文件：-L
例如在/home/work/lib/目錄下有鏈接所需庫文件libdef.so，爲了讓GCC能找到它們，就需要使用-L選項：
$ gcc foo.c –L /home/work/lib –ldef.a –o foo
說明：-l選項指示GCC去連接庫文件libdef.so。Linux下的庫文件命名有一個約定，即庫文件以lib三個字母開頭，因爲所有的庫文件都遵循這個約定，故在用-l選項指定鏈接的庫文件名時可以省去lib三個字母。
[題外語]
Linux下的庫文件分爲動態鏈接庫（.so文件）和靜態鏈接庫（.a文件）。GCC默認爲動態庫優先，若想在動態庫和靜態庫同時存在的時候鏈接靜態庫需要指明爲-static選項。比如上例中如還有一個libdef.a而你想鏈接libdef.a時候命令如下：
$ gcc foo.c –L /home/work/lib –static –ldef.a –o foo
四．代碼優化
GCC提供不同程度的代碼優化功能。開關選項是：-On，n取值爲0到3。默認爲1。-O0表示沒有優化，而-O3是最高優化。優化級別越高代碼運行越快，但並不是所有代碼都能夠加載最高優化，而應該視具體情況而定。但一般都使用-O2選項，因爲它在優化長度、編譯時間和代碼大小之間，取得了一個比較理想的平衡點。
以下這段是我摘自別人文章的，說的比較詳細：
編譯時使用選項-O可以告訴GCC同時減小代碼的長度和執行時間，其效果等價於-O1。在這一級別上能夠進行的優化類型雖然取決於目標處理器，但一般都會包括線程跳轉(Thread Jump)和延遲退棧(Deferred Stack Pops)兩種優化。選項-O2告訴GCC除了完成所有-O1級別的優化之外，同時還要進行一些額外的調整工作，如處理器指令調度等。選項-O3則除了完成所有-O2級別的優化之外，還包括循環展開和其它一些與處理器特性相關的優化工作。通常來說，數字越大優化的等級越高，同時也就意味着程序的運行速度越快。
下面通過具體實例來感受一下GCC的代碼優化功能,所用程序如清單3所示。
/* optimize.c */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
double counter;
double result;
double temp;
for (counter = 0;
counter < 2000.0 * 2000.0 * 2000.0 / 20.0 + 2020;
counter += (5 - 1) / 4) {
temp = counter / 1979;
result = counter;
}
printf("Result is %lf\n", result);
return 0;
}

首先不加任何優化選項進行編譯：
# gcc -Wall optimize.c -o optimize
藉助Linux提供的time命令，可以大致統計出該程序在運行時所需要的時間：
# time ./optimize
Result is 400002019.000000
real 0m14.942s
user 0m14.940s
sys 0m0.000s
接下去使用優化選項來對代碼進行優化處理：
# gcc -Wall -O optimize.c -o optimize
在同樣的條件下再次測試一下運行時間：
# time ./optimize
Result is 400002019.000000
real 0m3.256s
user 0m3.240s
sys 0m0.000s
對比兩次執行的輸出結果不難看出，程序的性能的確得到了很大幅度的改善，由原來的14秒縮短到了3秒。這個例子是專門針對GCC的優化功能而設計的，因此優化前後程序的執行速度發生了很大的改變。儘管GCC的代碼優化功能非常強大，但作爲一名優秀的Linux程序員，首先還是要力求能夠手工編寫出高質量的代碼。如果編寫的代碼簡短，並且邏輯性強，編譯器就不會做更多的工作，甚至根本用不着優化。
優化雖然能夠給程序帶來更好的執行性能，但在如下一些場合中應該避免優化代碼：
◆ 程序開發的時候優化等級越高，消耗在編譯上的時間就越長，因此在開發的時候最好不要使用優化選項，只有到軟件發行或開發結束的時候，才考慮對最終生成的代碼進行優化。
◆ 資源受限的時候一些優化選項會增加可執行代碼的體積，如果程序在運行時能夠申請到的內存資源非常緊張（如
一些實時嵌入式設備），那就不要對代碼進行優化，因爲由這帶來的負面影響可能會產生非常嚴重的後果。
◆ 跟蹤調試的時候在對代碼進行優化的時候，某些代碼可能會被刪除或改寫，或者爲了取得更佳的性能而進行重組，從而使跟蹤和調試變得異常困難。