gcc编译流程及编译选项分析

GNU CC(简称为 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、Fortran、Pascal、Modula-3 和 Ada 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, 因此尤其适合在嵌入式领域的开发编译。

Gcc 所支持后缀名解释

.c    C 原始程序

.s/.S    汇编语言原始程序

.C/.cc/.cxx    C++原始程序

.h    预处理文件(头文件)

.m    Objective-C 原始程序

.o    目标文件

.i    已经过预处理的 C 原始程序

.a/.so    编译后的库文件

.ii    已经过预处理的 C++原始程序

Gcc 的编译流程分为了 4 个步骤,分别为:

? 预处理(Pre-Processing);
? 编译(Compiling);
? 汇编(Assembling);
? 链接(Linking)。

下面就具体来查看一下 Gcc 是如何完成 4 个步骤的。

首先,有以下 hello.c 源代码:

#include
int main()
{
printf(”Hello! This is our embedded world!\n”);
return 0;
}

(1)预处理阶段

在该阶段,编译器将上述代码中的 stdio.h 编译进来,并且用户可以使用 Gcc 的选项“-E”进行查看,该选项的作用是让 Gcc 在预处理结束后停止编译过程。

注意,Gcc 指令的一般格式为:Gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]

其中,目标文件可缺省,Gcc 默认生成可执行的文件,命为:编译文件.out

[root@localhost Gcc]# Gcc –E hello.c –o hello.i

在此处,选项“-o”是指目标文件,“.i”文件为已经过预处理的 C 原始程序。以下列出了 hello.i 文件的部分内容:

typedef int (*__gconv_trans_fct) (struct __gconv_step *,
struct __gconv_step_data *, void *,
__const unsigned char *,
__const unsigned char **,
__const unsigned char *, unsigned char **,
size_t *);
...
# 2 "hello.c" 2
int main()
{
printf("Hello! This is our embedded world!\n");
return 0;
}
由此可见,Gcc 确实进行了预处理,它把“stdio.h”的内容插入到 hello.i 文件中。

(2)编译阶段

接下来进行的是编译阶段,在这个阶段中,Gcc 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。用户可以使用“-S”选项来进行查看,该选项只进行编译而不进行汇编,生成汇编代码。

[root@localhost Gcc]# Gcc –S hello.i –o hello.s

以下列出了 hello.s 的内容,可见 Gcc 已经将其转化为汇编了,感兴趣的读者可以分析一下这一行简单的 C 语言小程序是如何用汇编代码实现的。

.file "hello.c"
.section    .rodata
.align 4
.LC0:
        .string    "Hello! This is our embedded world!"
        .text
        .globl main
        .type main, @function
main:
        pushl %ebp
        movl %esp, %ebp
        subl $8, %esp
        andl $-16, %esp
        movl $0, %eax
        addl $15, %eax
        addl $15, %eax
        shrl $4, %eax
        sall $4, %eax
        subl %eax, %esp
        subl $12, %esp
        pushl $.LC0
        call puts
        addl $16, %esp
        movl $0, %eax
        leave
        ret
.size  main, .-main
.ident "GCC: (GNU) 4.0.0 20050519 (Red Hat 4.0.0-8)"
.section    .note.GNU-stack,"",@progbits
(3)汇编阶段

汇编阶段是把编译阶段生成的“.s”文件转成目标文件,读者在此可使用选项“- c”就可看到汇编代码已转化为“.o”的二进制目标代码了。如下所示:

[root@localhost Gcc]# Gcc –c hello.s –o hello.o

(4)链接阶段

在成功编译之后,就进入了链接阶段。在这里涉及到一个重要的概念:函数库。读者可以重新查看这个小程序,在这个程序中并没有

定义“printf”的函数实现,且在预编译中包含进的“stdio.h”中也只有该函数的声明,而没有定义函数的实现,那么,是在哪里实现

“printf”函数的呢?最后的答案是:系统把这些函数实现都被做到名为 libc.so.6 的库文件中去了,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” 。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。动态库一般后缀名为“.so”,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。完成了链接之后,Gcc 就可以生成可执行文件,如下所示。

[root@localhost Gcc]# Gcc hello.o –o hello

运行该可执行文件,出现正确的结果如下。

[root@localhost Gcc]# ./hello
Hello! This is our embedded world!

Gcc 编译选项分析

Gcc 有超过 100 个的可用选项,主要包括总体选项、告警和出错选项、优化选项和体系结构相关选项。以下对每一类中最常用的选项进行讲解。

(1)总体选项

Gcc 的总结选项如表 3.7 所示,很多在前面的示例中已经有所涉及。

Gcc 总体选项列表:

-c 只是编译不链接,生成目标文件“.o”

-S 只是编译不汇编,生成汇编代码

-E 只进行预编译,不做其他处理