GCC常见命令及用法

GCC工具介绍以及常见的用法；

GCC编译命令：

1. GCC工具

GCC编译器：

GCC（GNU Compiler Collection）是由 GNU 开发的编程语言编译器。 GCC最初代表“GNU C Compiler”，当时只支持C语言。 后来又扩展能够支持更多编程语言，包括 C++、Fortran 和 Java 等。 因此，GCC也被重新定义为“GNU Compiler Collection”，成为历史上最优秀的编译器， 其执行效率与一般的编译器相比平均效率要高 20%~30%。

GCC的官网地址为：https://gcc.gnu.org/，在Ubuntu系统下系统默认已经安装好GCC编译器，可以通过如下命令查看Ubuntu系统中GCC编译器的版本及安装路径：

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GCC编译工具链：

GCC编译工具链（toolchain），是指以GCC编译器为核心的一整套工具。它主要包含以下三部分内容：

  • gcc-core：即GCC编译器，用于完成预处理和编译过程，把C代码转换成汇编代码。
  • Binutils ：除GCC编译器外的一系列小工具包括了链接器ld，汇编器as、目标文件格式查看器readelf等。
  • glibc：包含了主要的 C语言标准函数库，C语言中常常使用的打印函数printf、malloc函数就在glibc 库中。

在很多场合下会直接用GCC编译器来指代整套GCC编译工具链。

Binutils工具集：

Binutils（bin utility），是GNU二进制工具集，通常跟GCC编译器一起打包安装到系统，它的官方说明网站地址为： https://www.gnu.org/software/binutils/ 。

在进行程序开发的时候通常不会直接调用这些工具，而是在使用GCC编译指令的时候由GCC编译器间接调用。下面是其中一些常用的工具：

  • as：汇编器，把汇编语言代码转换为机器码（目标文件）。
  • ld：链接器，把编译生成的多个目标文件组织成最终的可执行程序文件。
  • readelf：可用于查看目标文件或可执行程序文件的信息。
  • nm ： 可用于查看目标文件中出现的符号。
  • objcopy： 可用于目标文件格式转换，如.bin 转换成 .elf 、.elf 转换成 .bin等。
  • objdump：可用于查看目标文件的信息，最主要的作用是反汇编。
  • size：可用于查看目标文件不同部分的尺寸和总尺寸，例如代码段大小、数据段大小、使用的静态内存、总大小等。

系统默认的Binutils工具集位于/usr/bin目录下，可使用如下命令查看系统中存在的Binutils工具集：

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# 在Ubantu上执行如下命令
ls /usr/bin/ | grep linux-gnu-

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glibc库：

glibc库是GNU组织为GNU系统以及Linux系统编写的C语言标准库，因为绝大部分C程序都依赖该函数库，该文件甚至会直接影响到系统的正常运行，例如常用的文件操作函数read、write、open，打印函数printf、动态内存申请函数malloc等。

在Ubuntu系统下，libc.so.6是glibc的库文件，可直接执行该库文件查看版本，在主机上执行如下命令：

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# 在Ubantu上执行如下命令
# 以下是Ubuntu 64位机的glibc库文件路径，可直接执行
/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6

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2. GCC编译

编写HelloWorld文件：

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#include <stdio.h>
int main() 
{
    printf("hello, world! This is a C program.\n");
    for(int i=0;i<10;i++ ){
        printf("output i=%d\n",i);
    }
    return 0;
}

编译并执行：

Ubuntu默认安装GCC编译工具链，写好程序后可以直接进行编译，执行以下命令：

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# 在Ubantu的hello_c目录下执行如下命令
gcc hello.c –o hello #使用gcc把hello.c编译成hello程序

ls        #查看目录下的文件
./hello   #执行生成的hello程序

# 若提示权限不够或不是可执行文件，执行如下命令再运行hello程序
chmod u+x hello #给hello文件添加可执行权限

GCC 编译工具链在编译一个C源文件时需要经过以下 4 步：

  • 预处理：为把头文件的代码、宏之类的内容转换成生成的.i文件，还是C代码。
  • 编译：把预处理后的.i文件通过编译成.s文件，汇编语言。
  • 汇编：将汇编语言文件生成目标文件.o文件，机器码。
  • 链接：将每个源文件对应的.o文件链接起来，就生成一个可执行程序文件。

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（1）预处理阶段

预处理过程中，对源代码文件中的文件包含 (include)、 预编译语句 (如宏定义define等)进行展开，生成 .i 文件。 可理解为把头文件的代码、宏之类的内容转换成更纯粹的C代码，不过生成的文件以.i为后缀。

使用GCC的参数 “-E”，可以让编译器生成 .i 文件，参数 “-o”，可以指定输出文件的名字。

具体命令如下：

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# 预处理，可理解为把头文件的代码汇总成C代码，把*.c转换得到*.i文件
gcc –E hello.c –o hello.i

编译生成的hello.i文件内容如下：

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相当于它把原C代码中包含的头文件中引用的内容汇总到一处， 如果原C代码有宏定义，它把宏定义展开成具体的内容。

（2）编译阶段

把预处理后的.i文件通过编译成为汇编语言，生成.s文件，即把代码从C语言转换成汇编语言，这是GCC编译器完成的工作。在这个过程，GCC会检查各个源文件的语法，即使我们调用了一个没有定义的函数，也不会报错。

GCC可以使用-S选项，让编译程序生成汇编语言的代码文件（.s后缀）。

具体命令如下:

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# 编译，可理解为把C代码转换为汇编代码，把*.i转换得到*.s文件
gcc –S hello.i –o hello.s

# 也可以直接以C文件作为输入进行编译，与上面的命令是等价的
gcc –S hello.c –o hello.s

编译生成的hello.s文件内容如下：

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汇编语言是跟平台相关的，由于本示例的GCC目标平台是x86，所以此处生成的汇编文件是x86的汇编代码。

（3）汇编阶段

将汇编语言文件经过汇编，生成目标文件.o文件，每一个源文件都对应一个目标文件。即把汇编语言的代码转换成机器码，这是as汇编器完成的工作。

GCC的参数“c”表示只编译(compile)源文件但不链接，会将源程序编译成目标文件（.o后缀）。计算机只认识0或者1，不懂得C语言，也不懂得汇编语言，经过编译汇编之后，生成的目标文件包含着机器代码，这部分代码就可以直接被计算机执行。一般情况下，可以直接使用参数“c”，跳过上述的两个过程，具体命令 如下：

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# 汇编，可理解为把汇编代码转换为机器码，把*.s转换得到*.o，即目标文件
gcc –c hello.s –o hello.o

# 也可以直接以C文件作为输入进行汇编，与上面的命令是等价的
gcc –c hello.c –o hello.o

Linux下生成的 .o目标文件、so动态库文件以及下一小节链接阶段生成最终的可执行文件都是elf格式的， 可以使用“readelf”工具来查看它们的内容。

请试执行如下命令：

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从 readelf 的工具输出的信息，可以了解到目标文件包含ELF头、程序头、节等内容， 对于.o目标文件或.so库文件，编译器在链接阶段利用这些信息把多个文件组织起来， 对于可执行文件，系统在运行时根据这些信息加载程序运行。

（4）链接阶段

最后将每个源文件对应的目标.o文件链接起来，就生成一个可执行程序文件，这是链接器ld完成的工作。

例如一个工程里包含了A和B两个代码文件，在链接阶段， 链接过程需要把A和B之间的函数调用关系理顺，也就是说要告诉A在哪里能够调用到fun函数， 建立映射关系，所以称之为链接。若链接过程中找不到fun函数的具体定义，则会链接报错。

虽然本示例只有一个hello.c文件，但它调用了C标准代码库的printf函数， 所以链接器会把它和printf函数链接起来，生成最终的可执行文件。

链接分为两种：

  • 动态链接：GCC编译时的默认选项。动态是指在应用程序运行时才去加载外部的代码库，不同的程序可以共用代码库。 所以动态链接生成的程序比较小，占用较少的内存。
  • 静态链接：链接时使用选项 “—static”，它在编译阶段就会把所有用到的库打包到自己的可执行程序中。 所以静态链接的优点是具有较好的兼容性，不依赖外部环境，但是生成的程序比较大。

执行如下命令体验静态链接与动态链接的区别：

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# 在hello.o所在的目录执行如下命令
# 动态链接，生成名为hello的可执行文件

gcc hello.o –o hello

# 也可以直接使用C文件一步生成，与上面的命令等价
gcc hello.c -o hello

# 静态链接，使用--static参数，生成名为hello_static的可执行文件
gcc hello.o –o hello_static --static

# 也可以直接使用C文件一步生成，与上面的命令等价
gcc hello.c -o hello_static --static

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从图中可以看到，使用动态链接生成的hello程序才8.3KB， 而使用静态链接生成的hello_static程序则高达845KB。

在Ubuntu下，可以使用 ldd 工具查看动态文件的库依赖，尝试执行如下命令：

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可以看到，动态链接生成的hello程序依赖于库文件linux-vdso.so.1、libc.so.6 以及ld-linux-x86-64.so.2，其中的libc.so.6就是我们常说的C标准代码库， 我们的程序中调用了它的printf库函数。

静态链接生成的hello_static没有依赖外部库文件。

3.GCC编译器命名格式

除了我们安装的arm-linux-gnueabihf-gcc外，编译器还有很多版本，如arm-linux-gnueabi-gcc，本地编译器gcc全名为x86_64-linux-gnu-gcc，这些编译器是有一定的命名规则的：

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arch [-os] [-(gnu)eabi(hf)] -gcc

其中的各字段如下表所示：

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以我们安装的arm-linux-gnueabihf-gcc编译器为例：

  • arm：表示它的目标芯片架构为ARM
  • linux：目标操作系统为Linux
  • gnu：使用GNU的C标准库即glibc
  • eabi：使用嵌入式应用二进制接口（eabi）
  • hf：编译器的浮点模式为硬浮点hard-float

4.GCC命令常用参数

1、GCC优化级别：

  1. gcc中指定优化级别的参数有：-O0、-O1、-O2、-O3、-Og、-Os、-Ofast。
  2. 在编译时，如果没有指定上面的任何优化参数，则默认为 -O0，即没有优化。
  3. 参数 -O1、-O2、-O3 中，随着数字变大，代码的优化程度也越高，不过这在某种意义上来说，也是以牺牲程序的可调试性为代价的。
  4. 参数 -Og 是在 -O1 的基础上，去掉了那些影响调试的优化，所以如果最终是为了调试程序，可以使用这个参数。不过光有这个参数也是不行的，这个参数只是告诉编译器，编译后的代码不要影响调试，但调试信息的生成还是靠 -g 参数的。
  5. 参数 -Os 是在 -O2 的基础上，去掉了那些会导致最终可执行程序增大的优化，如果想要更小的可执行程序，可选择这个参数。
  6. 参数 -Ofast 是在 -O3 的基础上，添加了一些非常规优化，这些优化是通过打破一些国际标准（比如一些数学函数的实现标准）来实现的，所以一般不推荐使用该参数。
  7. 如果想知道上面的优化参数具体做了哪些优化，可以使用 gcc -Q --help=optimizers 命令来查询，比如下面是查询 -O3 参数开启了哪些优化：
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$ gcc -Q --help=optimizers -O3
  ...
  -fassociative-math              [disabled]
  -fassume-phsa                   [enabled]
  ...

有关gcc优化的更多详细信息，请参考gcc的官方文档：

官方文档链接；

2、常用参数：

1、gcc -E source_file.c

-E，只执行到预编译。直接输出预编译结果；

2、gcc -S source_file.c

-S，只执行到源代码到汇编代码的转换，输出汇编代码；

3、gcc -c source_file.c

-c，只执行到编译，输出目标文件；

4、gcc (-E/S/c/) source_file.c -o output_filename

-o： 指定输出文件名，可以配合以上三种标签使用；
-o 参数可以被省略。这种情况下编译器将使用以下默认名称输出：

-E：预编译结果将被输出到标准输出端口（通常是显示器）
-S：生成名为source_file.s的汇编代码
-c：生成名为source_file.o的目标文件。
无标签情况：生成名为a.out的可执行文件。

5、gcc -g source_file.c

-g，生成供调试用的可执行文件，可以在gdb中运行。由于文件中包含了调试信息因此运行效率很低，且文件也大不少。
这里可以用strip命令重新将文件中debug信息删除。这是会发现生成的文件甚至比正常编译的输出更小了，这是因为strip把原先正常编译中的一些额外信息（如函数名之类）也删除了。用法为 strip a.out

6、gcc -s source_file.c

-s，直接生成与运用strip同样效果的可执行文件（删除了所有符号信息）。

7、gcc -O source_file.c

-O（大写的字母O），编译器对代码进行自动优化编译，输出效率更高的可执行文件。
-O 后面还可以跟上数字指定优化级别，如：

gcc -O2 source_file.c
数字越大，越加优化。但是通常情况下，自动的东西都不是太聪明，太大的优化级别可能会使生成的文件产生一系列的bug。一般可选择2；3会有一定风险。

8、gcc -Wall source_file.c

-W，在编译中开启一些额外的警告（warning）信息；

-Wall，将所有的警告信息全开；

9、gcc source_file.c -L/path/to/lib -lxxx -I/path/to/include

-l，指定所使用到的函数库，本例中链接器会尝试链接名为libxxx.a的函数库；
-L，指定函数库所在的文件夹，本例中链接器会尝试搜索/path/to/lib文件夹；
-I，指定头文件所在的文件夹，本例中预编译器会尝试搜索/path/to/include文件夹；

3、调试选项：

1、-g

只是编译器，在编译的时候，产生调试信息；

2、-gstabs

此选项以stabs格式声称调试信息,但是不包括gdb调试信息；

3、3-gstabs+

此选项以stabs格式声称调试信息,并且包含仅供gdb使用的额外调试信息；

4、-ggdb

此选项将尽可能的生成gdb的可以使用的调试信息；

5、-glevel

请求生成调试信息，同时用level指出需要多少信息，默认的level值是2；

4、链接选项：

1、-static 此选项将禁止使用动态库。

优点：程序运行不依赖于其他库；

缺点：文件比较大；

2、-shared (-G) 此选项将尽量使用动态库，为默认选项

优点：生成文件比较小；

缺点：运行时需要系统提供动态库；

3、-symbolic 建立共享目标文件的时候,把引用绑定到全局符号上.

对所有无法解析的引用作出警告(除非用连接编辑选项 `-Xlinker -z -Xlinker defs’取代)；

注：只有部分系统支持该选项；

5、错误和警告选项：

1、-Wall

一般使用该选项，允许发出GCC能够提供的所有有用的警告。也可以用-W{warning}来标记指定的警告；

2、-pedantic

允许发出ANSI/ISO C标准所列出的所有警告；

3、-pedantic-errors

允许发出ANSI/ISO C标准所列出的错误；

4、-werror

把所有警告转换为错误，以在警告发生时中止编译过程；

5、-w

关闭所有警告,建议不要使用此项；

6、预处理选项：

1、-Dmacro

相当于C语言中的#define macro；

2、-Dmacro=defn

相当于C语言中的#define macro=defn；

3、-Umacro

相当于C语言中的#undef macro；

4、-undef

取消对任何非标准宏的定义；

7、其他选项：

1、-fpic

编译器就生成位置无关目标码.适用于共享库(shared library).

2、-fPIC

编译器就输出位置无关目标码.适用于动态连接(dynamic linking),即使分支需要大范围转移.

3、-v

显示详细的编译、汇编、连接命令

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    缺失模块。
    1、请确保node版本大于6.2
    2、在博客根目录（注意不是yilia根目录）执行以下命令：
    npm i hexo-generator-json-content --save

    3、在根目录_config.yml里添加配置： 

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一枚立志成为嵌入式开发攻城狮的大学生 <br>Tel:15203783930 <br>QQ:2253770787 <br>微信:15110879029