Gcc编译链接及常用选项总结

原創 晨凫追风 2020-02-23 18:12


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前言

GNU CC（简称Gcc）是GNU项目中符合ANSI C标准的编译系统，能够编译用C、C++和Object- C等语言编写的程序。Gcc不仅功能强大，而且可以编译如C、C++、Object C、Java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。本章中的示例均采用Gcc版本为4.8.2。

Gcc编译链接流程

Gcc编译链接流程分为四个步骤:

  1. 预处理(Pre-Processsing)
  2. 编译(Compiling)
  3. 汇编(Assembling)
  4. 链接(Linking)

Gcc指令的一般格式为：

gcc [option1] compile-files [option2] object-files

其中目标文件可缺省，Gcc默认生成的可执行文件命名为:编译文件名.out

下面以简单的hello world程序为例说明Gcc编译的四个过程：

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#include <stdio.h>
void main(int argc, char* argv[])
{
 printf("hello world");
 return;
}






预处理过程


option1 为-E,生成的目标文件为.i(c)或.ii(c++)后缀的经过预处理的编译输入文件,Gcc指令为：


tly@ubuntu ~> gcc -E test.c -o test.i



生成的预编译文件内容为：




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# 1 "test.c"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<command-line>" 2
# 1 "test.c"
# 1 "/usr/include/stdio.h" 1 3 4
# 27 "/usr/include/stdio.h" 3 4
# 1 "/usr/include/features.h" 1 3 4
# 374 "/usr/include/features.h" 3 4
# 1 "/usr/include/i386-linux-gnu/sys/cdefs.h" 1 3 4
... 省略
...
extern char *ctermid (char *__s) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__));
# 913 "/usr/include/stdio.h" 3 4
extern void flockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__));
extern int ftrylockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__)) ;
extern void funlockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__));
# 943 "/usr/include/stdio.h" 3 4
# 2 "test.c" 2
void main(int argc, char* argv[])
{
 printf("hello world");
 return;
}







Gcc预处理过程把<stdio.h>的内容插入到hello.i文件中了





编译


option1 为-S,生成的目标文件为.s或.S后缀的经过编译但是没有汇编过的汇编文件,Gcc编译过程首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等，以确定代码的实际要做的工作，在检查无误后，Gcc把代码翻译成汇编语言Gcc指令为：


tly@ubuntu ~> gcc -S test.i -o test.s



生成的编译之后的汇编文件内容为：




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 .file "test.c"
 .section .rodata
.LC0:
 .string "hello world"
 .text
 .globl main
 .type main, @function
main:
.LFB0:
 .cfi_startproc
 pushl %ebp
 .cfi_def_cfa_offset 8
 .cfi_offset 5, -8
 movl %esp, %ebp
 .cfi_def_cfa_register 5
 andl $-16, %esp
 subl $16, %esp
 movl $.LC0, (%esp)
 call printf
 nop
 leave
 .cfi_restore 5
 .cfi_def_cfa 4, 4
 ret
 .cfi_endproc
.LFE0:
 .size main, .-main
 .ident "GCC: (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1) 4.8.2"
 .section .note.GNU-stack,"",@progbits
~







Gcc编译过程已经将其转化为汇编语言了





汇编


option1 为-c，生成的目标文件为以.o为后缀的二进制目标代码文件，Gcc指令为：


tly@ubuntu ~> gcc -c test.s -o test.o



生成的汇编之后的目标文件内容为：




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^?ELF^A^A^A^@^@^@^@^@^@^@^@^@^A^@^C^@^A^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^X^A^@^@^@^@^@^@4^@^@^@^@^@(^@^M^@
^@U<89>å<83>äð<83>ì^PÇ^D$^@^@^@^@èüÿÿÿ<90>ÉÃhello world^@^@GCC: (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1) 4.8.2^@^@^@^@^T^@^@^@^@^@^@^@^AzR^@^A|^H^A^[^L^D^D<88>^A^@^@^\^@^@^@^\^@^@^@^@^@^@^@^X^@^@^@^@A^N^H<85>^BB^M^ETÅ^L^D^D^@^@^@.symtab^@.strtab^@.shstrtab^@.rel.text^@.data^@.bss^@.rodata^@.comment^@.note.GNU-stack^@.rel.eh_frame^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^_^@^@^@^A^@^@^@^F^@^@^@^@^@^@^@4^@^@^@^X^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^A^@^@^@^@^@^@^@^[^@^@^@ ^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@ä^C^@^@^P^@^@^@^K^@^@^@^A^@^@^@^D^@^@^@^H^@^@^@%^@^@^@^A^@^@^@^C^@^@^@^@^@^@^@L^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^A^@^@^@^@^@^@^@+^@^@^@^H^@^@^@^C^@^@^@^@^@^@^@L^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^A^@^@^@^@^@^@^@0^@^@^@^A^@^@^@^B^@^@^@^@^@^@^@L^@^@^@^L^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^A^@^@^@^@^@^@^@8^@^@^@^A^@^@^@0^@^@^@^@^@^@^@X^@^@^@%^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^A^@^@^@^A^@^@^@A^@^@^@^A^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@}^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^A^@^@^@^@^@^@^@U^@^@^@^A^@^@^@^B^@^@^@^@^@^@^@<80>^@^@^@8^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^D^@^@^@^@^@^@^@Q^@^@^@ ^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@ô^C^@^@^H^@^@^@^K^@^@^@^H^@^@^@^D^@^@^@^H^@^@^@^Q^@^@^@^C^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@¸^@^@^@_^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^A^@^@^@^@^@^@^@^A^@^@^@^B^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@ ^C^@^@°^@^@^@^L^@^@^@ ^@^@^@^D^@^@^@^P^@^@^@ ^@^@^@^C^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@Ð^C^@^@^T^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^A^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^A^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^D^@ñÿ^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^C^@^A^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^C^@^C^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^C^@^D^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^C^@^E^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^C^@^G^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^C^@^H^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^C^@^F^@^H^@^@^@^@^@^@^@^X^@^@^@^R^@^A^@^M^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^@^P^@^@^@^@test.c^@main^@printf^@^L^@^@^@^A^E^@^@^Q^@^@^@^B
^@^@ ^@^@^@^B^B^@^@







Gcc汇编成的.o目标文件是乱码，不过可以通过nm命令查看其符号表：




tly@ubuntu ~> nm test.o
00000000 T main
         U printf




链接


在成功编译之后，就进入了链接阶段，这个hello world小程序的链接过程主要是查找包含的stdio.h头文件的printf()函数的实现（因为stdio.h头文件只包含函数声明)，这个函数实现是在libc.so.6的库文件中。在没有特别指定时，Gcc会到系统默认的搜索路径/usr/lib下进行查找，也就是链接到libc.so.6库函数中去，这样就能实现函数printf()了，而这也就是链接的作用。




函数库一般分为静态库和动态库两种。
静态库:是指编译链接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，因此生成的文件比较大，但在运行时也就不再需要库文件了。其后缀名一般为.a(linux)或.lib(windows)。
动态库: 与之相反，在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中，而是在程序执行时由运行时链接文件加载库，这样可以节省系统的开销。动态库一般为.so(linux)或.dll(windows)，如前面所述的libc.so.6就是动态库。

Gcc在编译时默认使用动态库




当然，也可以一次性使用-c选项，直接生成目标文件test.o,Gcc指令为:


tly@ubuntu ~> gcc -c test.c -o test.o



完成了链接之后，Gcc就可以生成可执行文件test,Gcc指令为:


tly@ubuntu ~> gcc test.o -o test



运行该可执行文件test：


tly@ubuntu ~> ./test
hello world⏎      




Gcc编译选项分析


Gcc有超过100个的可用选项，一般主要包括以下五种类型选项：


  1. 总体选项
  2. 告警和出错选项
  3. 优化选项
  4. 体系结构相关选项

总体选项



选项名

选项意义


-E

只是编译不汇编，生成汇编代码.s


-S

只进行预编译生成.i，不做其他处理


-c

只是编译不链接，生成目标文件.o


-g

在可执行程序中包含标准调试信息


-o file

把输出文件输出到file里


-v

打印出编译器内部编译各过程的命令行信息和编译器的版本


-I dir

在头文件的搜索路径列表中添加dir目录


-L dir

在库文件的搜索路径列表中添加dir目录


-static

链接静态库


-llibrary

链接名为library的库文件库



对于-I dir选项可在头文件的搜索路径列表中添加dir目录。由于Linux中头文件都默认放到了/usr/include/目录下，因此，当用户希望添加放置在其他位置的头文件时，就可以通过-I
dir选项来指定(-L dir类似)，这样，Gcc就会到相应的位置查找对应的目录
<>表示在标准路径中搜索头文件，“
”表示在本目录中搜索，如果把自定义的头文件#include<my.h>改为#include “my.h”，就不需要加上“-I”选项了
-I dir和-L
dir都只是指定了路径，而没有指定文件，因此不能在路径中包含文件名


对于-llibrary选项，省去了前缀lib,它实际上是指示Gcc去连接库文件liblibrary.so。由于在Linux下的库文件命名时有一个规定：必须以lib三个字母开头。因此在用-l选项指定链接的库文件名时可以省去lib三个字母。也就是说Gcc在对-llibrary进行处理时，会自动去链接名为liblibrary.so的文件





告警和出错选项



选项名

选项意义


-ansi

支持符合ANSI标准的C程序


-pedantic

允许发出ANSI C标准所列的全部警告信息


-pedantic-error

允许发出ANSI C标准所列的全部错误信息


-w

关闭所有告警


-Wall

允许发出Gcc提供的所有有用的报警信息

修改上述的helloworld测试程序为：




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#include <stdio.h>
void main(int argc, char* argv[])
{
 long long tmp; // 增加非ANSI-C类型long long 未使用的临时变量tmp
 printf("hello world");
 return 0; // 返回错误类型int
}





1.默认无告警和出错选项情况：


tly@ubuntu ~> gcc -c test.c -o test.o
test.c: In function ‘main’:
test.c:6:3: warning: ‘return’ with a value, in function returning void [enabled by default]
   return 0;
   ^





只识别了main的错误返回类型int




2.增加-ansi选项情况：


tly@ubuntu ~> gcc -c test.c -o test.o -ansi
test.c: In function ‘main’:
test.c:6:3: warning: ‘return’ with a value, in function returning void [enabled by default]
   return 0;
   ^





只识别了main的错误返回类型int




3.增加-pedantic选项情况：


tly@ubuntu ~> gcc -c test.c -o test.o -pedantic
test.c:2:6: warning: return type of ‘main’ is not ‘int’ [-Wmain]
 void main(int argc, char* argv[])
      ^
test.c: In function ‘main’:
test.c:4:8: warning: ISO C90 does not support ‘long long’ [-Wlong-long]
   long long tmp;
        ^
test.c:6:3: warning: ‘return’ with a value, in function returning void [enabled by default]
   return 0;
   ^





识别了main的错误返回类型int 和 long long 非 ISO C90 支持类型




4.增加-pedantic-errors选项情况：


tly@ubuntu ~> gcc -c test.c -o test.o -pedantic-errors 
test.c:2:6: error: return type of ‘main’ is not ‘int’ [-Wmain]
 void main(int argc, char* argv[])
      ^
test.c: In function ‘main’:
test.c:4:8: error: ISO C90 does not support ‘long long’ [-Wlong-long]
   long long tmp;
        ^
test.c:6:3: error: ‘return’ with a value, in function returning void
   return 0;
   ^





识别了main的错误返回类型int 和 long long 非 ISO C90 支持类型




5.增加-w选项情况：


tly@ubuntu ~> gcc -c test.c -o test.o -w





屏蔽了告警和出错信息




6.增加-Wall选项情况：


tly@ubuntu ~> gcc -c test.c -o test.o -Wall
test.c:2:6: warning: return type of ‘main’ is not ‘int’ [-Wmain]
 void main(int argc, char* argv[])
      ^
test.c: In function ‘main’:
test.c:6:3: warning: ‘return’ with a value, in function returning void [enabled by default]
   return 0;
   ^
test.c:4:13: warning: unused variable ‘tmp’ [-Wunused-variable]
   long long tmp;
             ^





识别了main的错误返回类型int 和临时变量tmp未使用的告警信息





优化选项



选项名

选项意义


-On

n是一个代表优化级别的整数,典型的范围是从0变化到2或3



不同的优化级别对应不同的优化处理工作。

-O 提供基础级别的优化

-O2 提供更加高级的代码优化,会占用更长的编译时间

-O3 提供最高级的代码优化

进行调试的时候，最好关闭编译优化，否则程序自动优化，执行的步骤可能有变化





体系结构相关选项



选项名

选项意义


-mcpu=type

对不同的CPU使用相应的CPU指令。可选择的有i386、i486、pentium等


-mieee-fp

使用IEEE标准进行浮点数的比较


-mno-ieee-fp

不使用IEEE标准进行浮点数的比较


-msoft-float

输出包含浮点库调用的目标代码


-mshort

把int类型作为16位处理，相当于short int


-mrtd

将函数参数个数固定的函数用ret NUM返回，节省调用函数的一条指令





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