gcc工具的概述和使用

在GCC(GNU Compiler Collection)套件中，gcc是其中最核心的一个工具，它是GNU C Compiler的缩写。

gcc工具概述

gcc与g++的比较

程序 g++ 是将 gcc 默认语言设为 C++ 的一个特殊的版本，链接时它自动使用 C++ 标准库而不用 C 标准库。通过遵循源码的命名规范并指定对应库的名字，用 gcc 来编译链接 C++ 程序是可行的。

gcc支持的文件

后缀名	所支持的文件
.c	C源程序
.C	C++源程序
.cc	C++源程序
.cxx	C++源程序
.m	Objective C源程序
.i	经过预处理的C源程序
.ii	经过预处理的C++源程序
.s	汇编语言源程序
.S	汇编语言源程序
.h	头文件
.o	目标文件
.a	存档文件

用gcc编译程序时，分为四个阶段

编译阶段	分步编译命令举例
预处理（pre-processing）	gcc –E hello.c –o hello.i
编译（compiling）	gcc –S hello.c –o hello.s
汇编（assembling）	gcc –c hello.c –o hello.o
链接（linking）	gcc hello.c –o hello

程序员可以根据需要在任何一阶段停止。

gcc的常用选项

选项	功能
-c	指示gcc生成目标文件，而不是生成可执行文件（取消了连接步骤）。
-S	要求编译程序生成来自源代码的汇编程序输出。
-o	指定生成的可执行文件或目标文件的名称。
-g	生成包含调试信息的可执行文件或目标文件，便于调试程序。
-Wall	开启警告信息输出，可以帮助发现潜在的问题。
-Werror	将警告信息视为错误，编译过程中出现警告会导致编译失败。
-std	指定使用的C/C++语言标准，如-std=c99、-std=c++11等。
-IDIRNAME	将DIRNAME加入到头文件搜索的路径中。
-LDIRNAME	将DIRNAME加入到库文件搜索的路径中。
-llibrary	提示连接程序在创建最终可执行文件时包含指定的库。
-O,-O2,-O3	将优化状态打开，该选项不能与-g选项联合使用。
-D	定义宏变量，可以在源代码中使用#ifdef进行条件编译。
-static	对库文件进行静态链接（不加默认进行动态链接）。

gcc使用举例

编译单文件

// hello.c

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

$ gcc hello.c -o hello
$ ./hello
hello world

编译多个文件

// fun.h
#ifndef FUN_H
#define FUN_H
void fun();
#endif //FUN_H

// fun.c
#include <stdio.h>
void fun()
{
    printf("in fun()\n");
}

// main.c
#include <stdio.h>
#include "fun.h"
int main()
{
    fun();
    return 0;
}

$ gcc main.c fun.c -o main
$ ./main
in fun()

用一条gcc命令编译多源文件程序的缺点：每个文件都要重新编译。

gcc的库依赖

函数库：头文件（.h）＋库文件（.so、.a）

系统能够识别的默认路径

​ 头文件：/usr/include

​ 库文件：/usr/lib

使用非默认路径的文件需在编译时指定路径

​ 头文件用-I

​ 库文件用-L

以上面编译多个文件的代码为例

$ gcc -fPIC -shared fun.c -o libfun.so

1. -fPIC选项表示生成位置独立的代码(Position Independent Code)，即编译生成的代码可以在任意地址执行，不依赖于特定的内存地址。这是生成动态链接库所必须的选项，因为动态链接库在运行时需要被加载到进程的任意内存地址。
2. -shared选项表示生成动态链接库，而不是可执行文件。动态链接库包含了可重用的代码和数据，可以在多个进程中共享，减少内存占用并提高程序运行效率。

$ gcc main.c -o main -L. -lfun

编译生成可执行文件main并链接到./下的动态库libfun.so。

gcc的警告与提示

选项	描述
-Wcomment	如果出现注释嵌套则警告（/*后又出现/*）
-Wformat	如果传递给printf的参数与指定格式不匹配则警告
-Wmain	如果main的返回类型不是int或者调用main时参数不正确则警告
-Wparentheses	根据上下文推断，如果把（n==10）写作（n=10）则警告
-Wswitch	如果switch中少了一个或多个case分支（仅对enum适用）则警告
-Wunused	变量声明了但未使用，或static类型函数未被调用则警告
-Wuninitialized	使用的自动变量没有初始化则警告
-Wundef	如果在#if宏中使用了未定义的变量做判断则警告
-Winline	函数不能被内联则警告
-Wmissing-declarations	如果定义了全局函数但却没有在任何头文件中声明则警告
-Wlong-long	使用了long long类型则警告
-Werror	把所有警告转变为错误

// warn.c
int main()
{
    int a = 0;
    return 0;
}

$ gcc -Wall warn.c
warn.c: In function ‘main’:
warn.c:3:9: warning: unused variable ‘a’ [-Wunused-variable]
     int a = 0;
         ^

使用-Wall选项打开所有编译警告，上面代码编译时会报"变量未使用"的警告。

gcc的优化选项

gcc代码优化采用“-On”选项

• -O、 -O1：同时减小代码的长度和执行时间
• -O2：包括-O的功能，以及指令调度等调整工作
• -O3：包括-O2的功能，以及循环展开等工作

// optimize.c

#include <stdio.h>
int main()
{    
    double counter;
    double result;
    double temp;
    for(counter=0; counter<3000.0*3000.0*2000.0/20.0+2023; counter+=(8-3-2+1)/4)    
    {
            temp=counter/1234;
            result=counter;
    }
    printf("the result is %1f\n",result);
    return 0;
}

# 优化前
$ gcc optimize.c
$ time ./a.out
the result is 900002022.000000

real    0m2.718s
user    0m2.703s
sys     0m0.000s

#优化后
$ gcc -O optimize.c
$ time ./a.out
the result is 900002022.000000

real    0m0.657s
user    0m0.641s
sys     0m0.016s