嵌入式Linux下最常用的C语言编译器GCC命令

benben_IC · 发表于 2023-2-21 18:01

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GCC(GNU Compiler Collection)是Linux下最常用的C语言编译器，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。同时它可以通过不同的前端模块来支持各种语言，如Java、Fortran、Pascal、Modula-3和Ada等。
穿插一个玩笑： GNU意思是GNU’s not Unix而非角马。然而GNU还是一个未拆分的连词，这其实是一个源于hacker的幽默：GNU是一个回文游戏，第一个字母G是凑数的，你当然可以叫他做ANU或者BNU。下面开始。

一.CC编译程序过程分四个阶段

◆ 预处理(Pre-Processing)
◆ 编译(Compiling)
◆ 汇编(Assembling)-
◆ 链接(Linking)
Linux程序员可以根据自己的需要让GCC在编译的任何阶段结束转去检查或使用编译器在该阶段的输出信息，或者对最后生成的二进制文件进行控制，以便通过加入不同数量和种类的调试代码来为今后的调试做好准备。如同其他的编译器，GCC也提供了灵活而强大的代码优化功能，利用它可以生成执行效率更高的代码。

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。

二.简单编译命令

我们以Hello world程序来开始我们的学习。代码如下：

/* hello.c */2

#include

int main(void)

{,

printf ("Hello world!\n");*

return 0;

}

1. 执行如下命令：$ gcc -o hello hello.c

运行如下： $ ./hello

输出： Hello,world!

2. 我们也可以分步编译如下：

(1) $ gcc –E hello.c -o hello.i5 K3 n4 {7 d) Y, [% D  Y
" G# e$ ^! R3 _' J) ]% K0 o

//预处理结束

//这时候你看一下hello.i ，可以看到插进去了很多东西。: f! Y# U7 }3 t" T8 ~3 w0 M

(2) $ gcc –S hello.i
- {9 e( n( R  [5 d$ w
/ h1 ?; q* T8 n3 i
//生成汇编代码后结束
( S2 C' z3 g- n6 c6 Z
7 {4 A4 q$ `2 q& s4 Z
(3) $ gcc –c hello.c
) d7 N5 B1 z# r5 _5 q

或者：

$ gcc -c hello.c –o hello.o2 F; T/ D+ u; Y0 A- L6 T# s0 n, C

或者：: o' [2 S& m; _$ U

9 d# _1 e8 l. L6 _* M' C; F  K/ g
$ gcc -c hello.i -o hello.o  w* F; W0 L& ]' J
) |2 C9 @& U- V5 H2 S# t
: M: c# ^' Q8 x, x' K+ p
//编译结束5 {; s9 O. ]$ i; Q4 o& L
+ \" e" Q6 N; ^8 U4 V. y% I$ q

//生成 hello.o文件
# f/ j5 q/ ~% u# _7 b
  N" L" Y! @- `5 D
(4) $ gcc hello.o –o hello.o0 h/ G/ M) D( A1 {; ?: ~& v$ ?

  {$ Q7 E  }8 g3 B
或者：9 x. R; V  o! d4 {7 _
5 Y: n& A  P$ c3 d; x& D
$ m! L7 k* ~9 R9 ^% ]% h3 W( v4 W, S: `
$ gcc –o hello hello.c3 V1 P$ E8 x1 f
% U7 |* o  g- B, d
4 {) x3 T; A# _* @
//链接完毕，生成可执行代码, }& p/ s; O8 S, C1 g- z% T7 U* e: V

1 z" Y! k( q3 S7 l6 @, D' Z
3. 我们可以把几个文件一同编译生成同一个可执行文件。

( N& t% B* v" z1 H5 t% ]- s# T/ o
比如：一个工程有main.c foo.c def.c生成foo的可执行文件。
/ M. H4 u5 W8 l) r

编译命令如下：
! R7 S4 ]$ u$ q

$ gcc –c main.c foo.c def.c –o foo% C  x9 h' c% Z3 ]/ _/ }( v
, h! R" ]/ n6 l0 [/ |0 p* Y+ {
3 z. F8 i8 _8 e2 S
或者：2 d* b8 `" @; G9 g' a

4 g* g: I0 F0 s" @6 [( k" b& {& N
$ gcc –o foo main.c foo.c def.c3 Z- e, o  `: N+ F! [' |

6 R* ?" N( K# F# ]  _- }& R
三.库依赖% U6 I# v% q- b" F

( g; U, n" v: Y$ @: u6 W
函数库是一些头文件(.h)和库文件(.so或者.a)的集合。Linux下的大多数函数都默认将头文件放到/usr/include/目录下，而库文件则放到/usr/lib/目录下，但并非绝对如此。因此GCC设有添加头文件和库文件的编译选项开关。* x* v5 {$ R0 V3 z
: s8 b$ r. i7 E+ P

1. 添加头文件：-I, y$ [1 }( z/ R  E; @! T
5 I4 X- w5 O+ K9 Y1 _8 e

例如在/home/work/include/目录下有编译foo.c所需头文件def.h，为了让GCC能找到它们，就需要使用-I选项：
6 U3 w1 L7 [6 q' Y. H
1 w/ m8 D5 K! g8 D( J. v
$ gcc foo.c -I /home/work/include/def.h -o foo
* }7 K) [8 n3 |- k
# @- f# V0 v+ V- }5 j! g& V
2. 添加库文件：-L$ x  I  o0 g5 v) T5 f

例如在/home/work/lib/目录下有链接所需库文件libdef.so，为了让GCC能找到它们，就需要使用-L选项：% b* p3 Z" v0 k8 t4 b8 [. ^$ ^
) o5 }0 ]+ Y( p% `: z

$ gcc foo.c –L /home/work/lib –ldef.a –o foo

说明：-l选项指示GCC去连接库文件libdef.so。Linux下的库文件命名有一个约定，即库文件以lib三个字母开头，因为所有的库文件都遵循这个约定，故在用-l选项指定链接的库文件名时可以省去lib三个字母。, {! A0 \% b3 R! u# A5 I
( ~2 w9 E  D' j9 J7 n7 r5 @# p: u, K

题外语:' b; u( ~# x2 t

' J* b4 R8 m) p! S
Linux下的库文件分为动态链接库(.so文件)和静态链接库(.a文件)。GCC默认为动态库优先，若想在动态库和静态库同时存在的时候链接静态库需要指明为-static选项。比如上例中如还有一个libdef.a而你想链接libdef.a时候命令如下：# {: p+ J2 v9 u* Y9 ]5 a/ j

! y& T5 J. y0 Z0 L3 B
$ gcc foo.c –L /home/work/lib –static –ldef.a –o foo

) f% I# E( |7 h
四.代码优化6 P: q3 |4 }# U- K7 b8 V
4 b: G3 y/ P, a" l# B7 C2 y
" ]3 V; H( }! d4 c* u8 y
GCC提供不同程度的代码优化功能。开关选项是：-On，n取值为0到3。默认为1。-O0表示没有优化，而-O3是最高优化。优化级别越高代码运行越快，但并不是所有代码都能够加载最高优化，而应该视具体情况而定。但一般都使用-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。* X7 O/ n& Q; z6 t1 U2 {
- T( ?5 G) @! M7 D+ p
" J, y; T. S- j7 i! `7 q
以下这段说的比较详细：* q3 p% P% M& j, \8 ?/ l

# H7 T" _! x, d' e
编译时使用选项-O可以告诉GCC同时减小代码的长度和执行时间，其效果等价于-O1。在这一级别上能够进行的优化类型虽然取决于目标处理器，但一般都会包括线程跳转(Thread Jump)和延迟退栈(Deferred Stack Pops)两种优化。选项-O2告诉GCC除了完成所有-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则除了完成所有-O2级别的优化之外，还包括循环展开和其它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，同时也就意味着程序的运行速度越快。

1 B! z, k- A, ?
下面通过具体实例来感受一下GCC的代码优化功能,所用程序如清单3所示。' t7 Z) M1 \' l! U
8 f  r) W* M8 Y
# T+ h% \- G. I0 g
/* optimize.c *// C5 R) y4 a) [- T) i, T
#include <stdio.h>$ x% z( i2 B% }$ ^

int main(void)
{
double counter;# i  v+ T5 e, n5 _. L2 ?* }9 j
double result;) E" H5 `  u  [- P
double temp;
for (counter = 0;
counter < 2000.0 * 2000.0 * 2000.0 / 20.0 + 2020;
counter += (5 - 1) / 4) {
temp = counter / 1979;& [/ T3 I) N' h0 r0 ~( K9 N
result = counter; " {( @/ \6 j. S. Q3 E
}! o) p7 \* J) ?1 T
printf("Result is %lf\n", result);" T$ l& j6 @. E) g: o
return 0;# f2 `9 n0 e7 ~& h/ A
}

  T$ c- I! r8 d$ m1 l

首先不加任何优化选项进行编译：2 Q8 Z7 I$ e) T7 m

# gcc -Wall optimize.c -o optimize
- R# S4 Z' E  Z) T% U# u. O6 z) t$ z

借助Linux提供的time命令，可以大致统计出该程序在运行时所需要的时间：( [) ?: G2 o6 ~
, f4 C7 W% i; V8 j1 T. z
; ~9 x' v' z. p( R2 g
# time ./optimize* z. X5 q3 g; u) Y, C
Result is 400002019.000000
real 0m14.942s  m' [9 I  L7 O' X$ H. g3 C* p
user 0m14.940s; q- }/ z0 j! E
sys 0m0.000s
  M+ N+ [8 T' k( `* M  j! o

接下去使用优化选项来对代码进行优化处理：

# gcc -Wall -O optimize.c -o optimize2 R2 p9 V: j- D4 ]: y1 I

在同样的条件下再次测试一下运行时间：

# time ./optimize3 k) a) S3 v8 ~. u4 q) n) l
Result is 400002019.0000006 H; ^5 p) H. Z; B, z/ B& w8 f
real 0m3.256s. b  N5 |7 f! R# z8 J- V
user 0m3.240s2 d$ r0 o4 {; s  R5 L2 w/ F* B9 T
sys 0m0.000s
% d  m2 }; {3 O& e" E

对比两次执行的输出结果不难看出，程序的性能的确得到了很大幅度的改善，由原来的14秒缩短到了3秒。这个例子是专门针对GCC的优化功能而设计的，因此优化前后程序的执行速度发生了很大的改变。尽管GCC的代码优化功能非常强大，但作为一名优秀的Linux程序员，首先还是要力求能够手工编写出高质量的代码。如果编写的代码简短，并且逻辑性强，编译器就不会做更多的工作，甚至根本用不着优化。

优化虽然能够给程序带来更好的执行性能，但在如下一些场合中应该避免优化代码：
/ B* t0 U7 e3 [/ n  z$ z
7 _5 J9 g' n' _+ M  f5 B
◆ 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。
9 c- r2 o; a8 I# O
◆ 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。
2 Y; s4 T/ I) o* n' C" J
◆ 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。

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