gcc新手入門

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編譯簡單的 C 程序

C 語言經典的入門例子是 Hello World，下面是一示例代碼：

CODE:

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

我們假定該代碼存爲文件‘hello.c’。要用 gcc 編譯該文件，使用下面的命令：

CODE:

$ gcc -Wall hello.c -o hello

該命令將文件‘hello.c’中的代碼編譯爲機器碼並存儲在可執行文件 ‘hello’中。機器碼的文件名是通過 -o 選項指定的。該選項通常作爲命令行中的最後一個參數。如果被省略，輸出文件默認爲 ‘a.out’。

注意到如果當前目錄中與可執行文件重名的文件已經存在，它將被複蓋。

選項 -Wall 開啓編譯器幾乎所有常用的警告──強烈建議你始終使用該選項。編譯器有很多其他的警告選項，但 -Wall 是最常用的。默認情況下GCC 不會產生任何警告信息。當編寫 C 或 C++ 程序時編譯器警告非常有助於檢測程序存在的問題。

本例中，編譯器使用了 -Wall 選項而沒產生任何警告，因爲示例程序是完全合法的。

要運行該程序，輸入可執行文件的路徑如下：

CODE:

$ ./hello
Hello, world!

這將可執行文件載入內存，並使 CPU 開始執行其包含的指令。 路徑 ./ 指代當前目錄，因此 ./hello 載入並執行當前目錄下的可執行文件 ‘hello’。

捕捉錯誤

如上所述，當用 C 或 C++ 編程時，編譯器警告是非常重要的助手。爲了說明這一點，下面的例子包含一個微妙的錯誤：爲一個整數值錯誤地指定了一浮點數控制符‘%f’。

CODE:

#include <stdio.h>

int
main (void)
{
  printf ("Two plus two is %f\n", 4);
  return 0;
}

一眼看去該錯誤並不明顯，但是它可被編譯器捕捉到，只要啓用了警告選項 -Wall。

編譯上面的程序‘bad.c’，將得到如下的消息：

CODE:

$ gcc -Wall bad.c -o bad
bad.c: In function 'main':
bad.c:6: warning: double format, different type arg (arg 2)

這表明文件 ‘bad.c’第 6 行中的格式字符串用法不正確。GCC 的消息總是具有下面的格式 文件名:行號:消息。編譯器對錯誤與警告區別對待，前者將阻止編譯，後者表明可能存在的問題但並不阻止程序編譯。

本例中，對整數值來說，正確的格式控制符應該是 %d。

如果不啓用 -Wall，程序表面看起來編譯正常，但是會產生不正確的結果：

CODE:

$ gcc bad.c -o bad
$ ./bad
Two plus two is 2.585495

顯而易見，開發程序時不檢查警告是非常危險的。如果有函數使用不當，將可能導致程序崩潰或產生錯誤的結果。開啓編譯器警告選項 -Wall 可捕捉 C 編程時的多數常見錯誤。

編譯多個源文件

一個源程序可以分成幾個文件。這樣便於編輯與理解，尤其是程序非常大的時候。這也使各部分獨立編譯成爲可能。

下面的例子中我們將程序 Hello World 分割成 3 個文件：‘main.c’，‘hello_fn.c’和頭文件‘hello.h’。這是主程序‘main.c’：

CODE:

#include "hello.h"
int
main(void)
{
  hello ("world");
  return 0;
}

在先前的例子‘hello.c’中，我們調用的是庫函數 printf，本例中我們用一個定義在文件‘hello_fn.c’中的函數 hello 取代它。

主程序中包含有頭文件‘hello.h’，該頭文件包含函數 hello 的聲明。我們不需要在‘main.c’文件中包含系統頭文件‘stdio.h’來聲明函數 printf，因爲‘main.c’沒有直接調用 printf。

文件‘hello.h’中的聲明只用了一行就指定了函數 hello 的原型。

CODE:

void hello (const char * name);

函數 hello 的定義在文件‘hello_fn.c’中：

CODE:

#include <stdio.h>
#include "hello.h"

void
hello (const char * name)
{
  printf ("Hello, %s!\n", name);
}

語句 #include <FILE.h> 與 #include "FILE.h"有所不同：後者者在搜索系統頭文件目錄之前將先在當前目錄中搜索文件‘FILE.h’，前者只搜索系統頭文件而不查看當前目錄。

要用gcc編譯以上源文件，使用下面的命令：

CODE:

$ gcc -Wall main.c hello_fn.c -o newhello

本例中，我們使用選項 -o 爲可執行文件指定了一個不同的名字 newhello。注意到頭文件‘hello.h’並未在命令行中指定。源文件中的的 #include "hello.h" 指示符使得編譯器自動將其包含到合適的位置。

要運行本程序，輸入可執行文件的路徑名：

CODE:

$ ./newhello
Hello, world!

源程序各部分被編譯爲單一的可執行文件，它與我們先前的例子產生的結果相同。

鏈接外部庫

庫是預編譯的目標文件(object files)的集合，它們可被鏈接進程序。靜態庫以後綴爲‘.a’的特殊的存檔文件(archive file)存儲。

標準系統庫可在目錄 /usr/lib 與 /lib 中找到。比如，在類 Unix 系統中 C 語言的數學庫一般存儲爲文件 /usr/lib/libm.a。該庫中函數的原型聲明在頭文件 /usr/include/math.h 中。C 標準庫本身存儲爲 /usr/lib/libc.a，它包含 ANSI/ISO C 標準指定的函數，比如‘printf’。對每一個 C 程序來說，libc.a 都默認被鏈接。

下面的是一個調用數學庫 libm.a 中 sin 函數的的例子：

CODE:

#include <math.h>
#include <stdio.h>

int
main (void)
{
  double x = sin (2.0);
  printf ("The value of sin(2.0) is %f\n", x);
  return 0;
}

嘗試單獨從該文件生成一個可執行文件將導致一個鏈接階段的錯誤：

CODE:

$ gcc -Wall calc.c -o calc
/tmp/cckDHfI8.o: In function `main':
calc.c:(.text+0x1b): undefined reference to `sin'

函數 sin，未在本程序中定義也不在默認庫‘libc.a’中；除非被指定，編譯器也不會鏈接‘libm.a’。

爲使編譯器能將 sin 鏈接進主程序‘calc.c’，我們需要提供數學庫‘libm.a’。一個容易想到但比較麻煩的做法是在命令行中顯式地指定它：

CODE:

$ gcc -Wall calc.c /usr/lib/libm.a -o calc

函數庫‘libm.a’包含所有數學函數的目標文件，比如sin,cos,exp,log及sqrt。鏈接器將搜索所有文件來找到包含 sin 的目標文件。

一旦包含 sin 的目標文件被找到，主程序就能被鏈接，一個完整的可執行文件就可生成了：

CODE:

$ ./calc
The value of sin(2.0) is 0.909297

可執行文件包含主城許的機器碼以及函數庫‘libm.a’中 sin 對應的機器碼。

爲避免在命令行中指定長長的路徑，編譯器爲鏈接函數庫提供了快捷的選項‘-l’。例如，下面的命令

CODE:

$ gcc -Wall calc.c -lm -o calc

與我們上面指定庫全路徑‘/usr/lib/libm.a’的命令等價。

一般來說，選項 -lNAME使鏈接器嘗試鏈接系統庫目錄中的函數庫文件 libNAME.a。一個大型的程序通常要使用很多 -l 選項來指定要鏈接的數學庫，圖形庫，網絡庫等。