gcc 命令

介绍

GCC(英文全拼:GNU Compiler Collection)是 GNU 工具链的主要组成部分,是一套以 GPL 和 LGPL 许可证发布的程序语言编译器自由软件,由 Richard Stallman 于 1985 年开始开发。

GCC 原名为 GNU C语言编译器,因为它原本只能处理 C 语言,但如今的 GCC 不仅可以编译 C、C++ 和 Objective-C,还可以通过不同的前端模块支持各种语言,包括 Java、Fortran、Ada、Pascal、Go 和 D 语言等等。

GCC 的编译过程可以划分为四个阶段:预处理(Pre-Processing)、编译(Compiling)、汇编(Assembling)以及链接(Linking)。

Linux 程序员可以根据自己的需要控制 GCC 的编译阶段,以便检查或使用编译器在该阶段的输出信息,帮助调试和优化程序。以 C 语言为例,从源文件的编译到可执行文件的运行,整个过程大致如下。

各文件后缀说明如下:

后缀 描述 后缀 描述
.c C 源文件 .s/.S 汇编语言源文件
.C/.cc/.cxx/.cpp C++ 源文件 .o/.obj 目标文件
.h C/C++ 头文件 .a/.lib 静态库
.i/.ii 经过预处理的 C/C++ 文件 .so/.dll 动态库

语法

gcc [options] file...

选项

  • -pass-exit-codes :从一个阶段以最高错误代码退出。
  • --target-help :显示特定于目标的命令行选项。
  • --help={common|optimizers|params|target|warnings|[^]{joined|separate|undocumented}}[,...] :显示特定类型的命令行选项(使用 -v --help 显示子进程的命令行选项)。
  • -dumpspecs :显示所有内置规范字符串。
  • -dumpversion :显示编译器的版本。
  • -dumpmachine :显示编译器的目标处理器。
  • -print-search-dirs :显示编译器搜索路径中的目录。
  • -print-libgcc-file-name :显示编译器配套库的名称。
  • -print-file-name=<lib> :显示库 <lib> 的完整路径。
  • -print-prog-name=<prog> :显示编译器组件 <prog> 的完整路径。
  • -print-multiarch :显示目标的规范化 GNU 三元组,用作库路径中的一个组件。
  • -print-multi-directory :显示 libgcc 版本的根目录。
  • -print-multi-lib :显示命令行选项和多个库搜索目录之间的映射。
  • -print-multi-os-directory :显示操作系统库的相对路径。
  • -print-sysroot :显示目标库目录。
  • -print-sysroot-headers-suffix :显示用于查找标题的 sysroot 后缀。
  • -Wa,<options> :将逗号分隔的 <options> 传递给汇编器(assembler)。
  • -Wp,<options> :将逗号分隔的 <options> 传递给预处理器(preprocessor)。
  • -Wl,<options> :将逗号分隔的 <options> 传递给链接器(linker)。
  • -Xassembler <arg> :将 <arg> 传递给汇编器(assembler)。
  • -Xpreprocessor <arg> :将 <arg> 传递给预处理器(preprocessor)。
  • -Xlinker <arg> :将 <arg> 传递给链接器(linker)。
  • -save-temps :不用删除中间文件。
  • -save-temps=<arg> :不用删除指定的中间文件。
  • -no-canonical-prefixes :在构建其他 gcc 组件的相对前缀时,不要规范化路径。
  • -pipe :使用管道而不是中间文件。
  • -time :为每个子流程的执行计时。
  • -specs=<file> :使用 <file> 的内容覆盖内置规范。
  • -std=<standard> :假设输入源为 <standard>
  • --sysroot=<directory> :使用 <directory> 作为头文件和库的根目录。
  • -B <directory> :将 <directory> 添加到编译器的搜索路径。
  • -v :显示编译器调用的程序。
  • -### :与 -v 类似,但引用的选项和命令不执行。
  • -E :仅执行预处理(不要编译、汇编或链接)。
  • -S :只编译(不汇编或链接)。
  • -c :编译和汇编,但不链接。
  • -o <file> :指定输出文件。
  • -pie :创建一个动态链接、位置无关的可执行文件。
  • -I :指定头文件的包含路径。
  • -L :指定链接库的包含路径。
  • -shared :创建共享库/动态库。
  • -static :使用静态链接。
  • --help :显示帮助信息。
  • --version :显示编译器版本信息。

示例

阶段编译

假设有文件 hello.c,内容如下:

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("Hello, GetIoT\n");
    return 0;
}

编译 hello.c,默认输出 a.out

gcc hello.c

编译 hello.c 并指定输出文件为 hello

gcc hello.c -o hello

只执行预处理,输出 hello.i 源文件

gcc -E hello.c -o hello.i

只执行预处理和编译,输出 hello.s 汇编文件

gcc -S hello.c

也可以由 hello.i 文件生成 hello.s 汇编文件

gcc -S hello.i -o hello.s

只执行预处理、编译和汇编,输出 hello.o 目标文件

gcc -c hello.c

也可以由 hello.i 或 hello.s 生成目标文件 hello.o

gcc -c hello.i -o hello.o
gcc -c hello.s -o hello.o

由 hello.o 目标文件链接成可执行文件 hello

gcc hello.o -o hello

使用静态库

创建一个 foo.c 文件,内容如下:

#include <stdio.h>

void foo(void)
{
    printf("Here is a static library\n");
}

将 foo.c 编译成静态库 libfoo.a

gcc -c foo.c             # 生成 foo.o 目标文件
ar rcs libfoo.a foo.o    # 生成 libfoo.a 静态库

查看文件描述

$ file *
foo.c:    C source, ASCII text
foo.o:    ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), not stripped
libfoo.a: current ar archive

修改 hello.c 文件,调用 foo 函数

#include <stdio.h>

void foo(void);

int main(void)
{
    printf("Hello, GetIoT\n");
    foo();
    return 0;
}

编译 hello.c 并链接静态库 libfoo.a(加上 -static 选项)

gcc hello.c -static libfoo.a -o hello

也可以使用 -L 指定库的搜索路径,并使用 -l 指定库名

gcc hello.c -static -L. -lfoo -o hello

运行结果

$ ./hello
Hello, GetIoT
Here is a static library

查看 hello 文件描述

$ file hello
hello: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (GNU/Linux), statically linked, BuildID[sha1]=b72236c2211dd8f0c3003bc02ad5e70bb2354e8c, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped

使用共享库

修改 foo.c 文件,内容如下:

#include <stdio.h>

void foo(void)
{
    printf("Here is a shared library\n");
}

将其编译为动态库/共享库(由于动态库可以被多个进程共享加载,所以需要使用 -fPIC 选项生成位置无关的代码

gcc foo.c -shared -fPIC -o libfoo.so

hello.c 代码无需修改,内容仍然如下:

#include <stdio.h>

void foo(void);

int main(void)
{
    printf("Hello, GetIoT\n");
    foo();
    return 0;
}

编译 hello.c 并链接共享库 libfoo.so

gcc hello.c libfoo.so -o hello

也可以使用 -L-l 选项指定库的路径和名称

gcc hello.c -L. -lfoo -o hello

但是此时运行 hello 程序失败

$ ./hello
./hello: error while loading shared libraries: libfoo.so: cannot open shared object file: No such file or directory

原因是找不到 libfoo.so 共享库

$ ldd hello
        linux-vdso.so.1 (0x00007fff5276d000)
        libfoo.so => not found
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007fcc90fa7000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fcc911bd000)

这是因为 libfoo.so 并不在 Linux 系统的默认搜索目录中,解决办法是我们主动告诉系统,libfoo.so 共享库在哪里。

方式一:设置环境变量 LD_LIBRARY_PATH

export LD_LIBRARY_PATH=$(pwd)

将 libfoo.so 所在的当前目录添加到 LD_LIBRARY_PATH 变量,再次执行 hello

$ ./hello
Hello, GetIoT
Here is a shared library

方式二:使用 rpath 将共享库位置嵌入到程序

gcc hello.c -L. -lfoo -Wl,-rpath=`pwd` -o hello

rpath 即 run path,是种可以将共享库位置嵌入程序中的方法,从而不用依赖于默认位置和环境变量。这里在链接时使用 -Wl,-rpath=/path/to/yours 选项,-Wl 会发送以逗号分隔的选项到链接器,注意逗号分隔符后面没有空格哦。

这种方式要求共享库必须有一个固定的安装路径,欠缺灵活性,不过如果设置了 LD_LIBRARY_PATH,程序加载时也是会到相应路径寻找共享库的。

方式三:将 libfoo.so 共享库添加到系统路径

sudo cp libfoo.so /usr/lib/

执行程序

$ ./hello
Hello, GetIoT
Here is a shared library

如果 hello 程序仍然运行失败,请尝试执行 ldconfig 命令更新共享库的缓存列表。

此时,再次查看 hello 程序的共享库依赖

$ ldd hello
        linux-vdso.so.1 (0x00007ffecfbb1000)
        libfoo.so => /lib/libfoo.so (0x00007f3f3f1ad000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f3f3efbb000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f3f3f1d6000)

可以看到 libfoo.so 已经被发现了,其中 /lib 是 /usr/lib 目录的软链接。

示例代码可以在 GitHub 找到。

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