gcc原理和使用

gcc

gcc是什么

GCC，全称 GNU Compiler Collection（GNU 编译器套件），是一套功能强大的编程语言编译器，由自由软件基金会（Free Software Foundation, FSF）作为GNU项目的一部分开发和维护。它最初被创建为一个C语言编译器，后来扩展支持了C++，以及随着时间的推移增加了对其他编程语言的支持，如Fortran、Ada、Java、Go和Rust等。

主要特点与功能

多语言支持：
- GCC最初是作为C编译器开发的，因此得名GNU C Compiler。
- 随后增加了对C++（称为G++）、Fortran、Ada等多种语言的支持。
跨平台编译：
- GCC可以用于多种操作系统平台，包括Linux、Windows、macOS等。
- 它能够生成跨平台的代码，使得编写的程序能在不同的系统架构上运行。
优化能力：
- 提供多种级别的优化选项，帮助开发者提升程序的执行效率。
- 优化选项包括但不限于代码大小优化、执行速度优化等。
标准遵循与兼容性：
- GCC严格遵循各种编程语言的标准，例如ISO C++和ISO C标准。
- 不断更新以支持最新的语言标凈。
调试和错误报告：
- 提供详细的错误和警告信息，帮助开发者快速定位问题。
- 与GDB（GNU Debugger）等调试工具配合良好，提供强大的调试支持。
可扩展性：
- 开放源代码，允许开发者自定义或扩展编译器的功能。
- 支持插件，可用于增强编译过程或添加新的功能。

应用场景

GCC广泛应用于软件开发和系统编程领域，特别是在开源项目和Linux系统开发中。它是许多Linux发行版默认的编译器，用于编译Linux内核、GNU操作系统和其他大量的应用程序。

安装与使用

在Linux系统中，GCC通常可以通过包管理器（如apt、yum等）安装。
在Windows上，GCC可以通过MinGW（Minimalist GNU for Windows）或Cygwin等工具获得。
在macOS上，可以通过Homebrew或Xcode的命令行工具来安装GCC。

GCC不仅仅是一个编译器，它还是一个强大的工具，对于软件开发和计算机科学教育来说至关重要。由于其开源和免费的特性，GCC对编程社区的贡献不可估量，是推动软件创新和教育普及的重要工具。

c11需要gcc版本 > 4.8.5

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gcc -v

gcc工作流程

GCC（GNU Compiler Collection）的工作流程涵盖了将源代码转换为可执行文件的多个阶段。这些阶段依次是预处理、编译、汇编和链接，每个阶段都承担着特定的任务，共同完成从源代码到可执行程序的转换。

预处理阶段（Preprocessing）

任务：预处理器处理源代码文件中以#开头的指令。这包括宏定义的展开、文件包含指令的处理（如#include）、条件编译指令（如#ifdef, #ifndef, #endif）的处理等。
结果：输出的结果是“展开”的源代码，已经插入了所有包含的文件内容，展开了所有宏定义，移除了所有条件不满足的代码块，此外还处理了编译器指令和特定的注释等。

编译阶段（Compilation）

任务：编译器将预处理后的源代码转换成汇编语言。在这个阶段，编译器进行词法分析、语法分析、语义分析和优化。编译器检查代码的语法错误，分析变量和函数的使用情况，以及执行代码优化以提高程序的运行效率和减少内存占用。
结果：生成的是汇编语言代码，对应于平台的机器指令集。

汇编阶段（Assembly）

任务：汇编器将汇编语言转换为机器语言，生成目标代码。汇编语言是一种低级语言，比源代码更接近于机器代码，但仍然是人类可读的格式。
结果：输出的是目标文件（通常是.o或.obj文件），这些文件包含了机器语言代码但尚未解析外部引用。

链接阶段（Linking）

任务：链接器处理一个或多个目标文件，并将它们与库（可能是动态的或静态的）合并，解析外部引用，生成最终的可执行文件。在这个阶段，链接器也处理符号解析、地址和偏移量分配等任务。
结果：生成的是可执行文件（在Unix-like系统中通常无扩展名，在Windows中为.exe文件），这些文件包含了可以被操作系统载入内存并执行的所有机器指令。

示例

假设你有一个名为hello.c的C语言程序，整个GCC编译和链接的命令行可以简化为：

gcc -o hello hello.c

这条命令会自动执行上述所有阶段，从hello.c生成可执行文件hello。如果你想观察或控制中间过程，可以使用额外的GCC选项来单独执行各个阶段，例如：

gcc -E hello.c -o hello.i   # 只运行预处理，输出预处理后的文件hello.i
gcc -S hello.c              # 生成汇编代码hello.s
gcc -c hello.c              # 生成目标文件hello.o
gcc hello.o -o hello        # 将目标文件链接成最终的可执行文件

GCC的这种工作流程允许开发者对编译过程有更细致的控制，同时也支持跨平台开发，因为GCC可用于多种操作系统平台上。

gcc常用参数选项

GCC（GNU Compiler Collection）提供了许多命令行参数，这些参数允许开发者定制编译过程、优化生成的代码、指定特定的编译器行为等。下面列出了一些GCC中最常用的参数选项：

基本编译选项

-c
- 编译源代码到目标文件，不进行链接。
- 例如：gcc -c program.c 生成 program.o。
-o output
- 指定生成的输出文件的名称。
- 例如：gcc program.c -o program 生成一个名为 program 的可执行文件。
-g
- 生成调试信息，方便使用GDB等调试工具进行调试。
- 例如：gcc -g program.c -o program。

优化选项

-O, -O1, -O2, -O3
- 设置优化级别：
  - -O0（默认）：不进行优化。
  - -O1：进行基本优化。
  - -O2：进行进一步优化，包括增加编译时间的优化。
  - -O3：启用更多的优化，包括 -O2 所有的优化以及一些额外的优化来提升性能。
- 例如：gcc -O2 program.c -o program。
-Os
- 优化生成的代码，使其占用的空间尽可能小。
- 例如：gcc -Os program.c -o program。

警告控制选项

-Wall
- 开启几乎所有的警告信息。
- 例如：gcc -Wall program.c -o program。
-Wextra
- 开启额外的警告信息，比 -Wall 更严格。
- 例如：gcc -Wall -Wextra program.c -o program。

链接选项

-l
- 链接时指定库名。
- 例如：gcc program.c -lm -o program 链接数学库 libm。
-L
- 指定库文件搜索路径。
- 例如：gcc program.c -L/home/user/mylibs -lm -o program。

预处理选项

-Dmacro
- 定义宏。
- 例如：gcc -DDEBUG program.c -o program 在编译时定义 DEBUG 宏。
-I
- 指定包含文件（头文件）的搜索路径。
- 例如：gcc -I/home/user/myheaders program.c -o program。

其他有用的选项

-std=cXX
- 指定使用特定的C语言标准进行编译，如 c99、c11、c17 等。
- 例如：gcc -std=c11 program.c -o program 使用C11标准编译。
-pedantic
- 要求GCC严格遵守ISO C和ISO C++标准，禁用非标准扩展。
- 例如：gcc -pedantic program.c -o program。
-s
- 在生成最终的可执行文件时去除所有符号信息，用于减少可执行文件的大小。
- 例如：gcc -s program.c -o program。

这些选项只是GCC提供的众多参数中的一部分，但它们是最常用的一些，覆盖了大部分常规需求。你可以结合使用这些选项来控制GCC的行为，优化程序的性能，或者调整程序的编译过程。要了解更多详细的编译选项，可以查阅GCC官方文档或使用 man gcc 命令获取帮助。

gcc test.c -E -o test.i

#include <stdio.h>


int main() {
    int a = 10;
#ifdef DEBUG
    printf("我是一个dccc\n");
#endif
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("hello gcc\n");
    }
    return 0;
}

daic@daic:~/Linux/lesson03$ gcc test.c -o test -D DEBUG
daic@daic:~/Linux/lesson03$ ./test 
我是一个dccc
hello gcc
hello gcc
hello gcc

daic@daic:~/Linux/lesson03$ gcc test.c -o test -D DEBUG -Wall
test.c: In function ‘main’:
test.c:5:9: warning: unused variable ‘a’ [-Wunused-variable]
     int a = 10;
         ^