GCC 使用-C语言编译过程

任何一种高级语言，要想在机器上执行，必须翻译为机器能读懂的机器语言。编译器就相当于翻译官，将高级语言翻译为机器语言。

GCC 最初只用了编译 C 语言程序，全称是 GNU C Compiler。后来扩展为可以编译多种语言，所以又称为 GNU Compiler Collection。GCC 是开源免费的编译器。

GCC 常见用法

GCC 是一组工具的集合，这些工具可以执行预处理、编译、汇编、链接等任务。GCC 通过文件后缀名来识别文件并调用合适的工具，例如对于 .c 文件会调用 C 编译器，对于 .cpp 文件会调用 C++ 编译器。

• 不带任何参数的编译，会得到默认的 a.out 文件，通过 ./a.out 可以执行：

# gcc 1.c
# ./a.out

• 可以通过 -o 输出文件名 指定生成的可执行文件名称：

# gcc -o build 1.c
# ./build

• 可以通过 --save-temps 选项保留编译过程中产生的所有中间文件：
  
  各个文件的产生顺序为：.c 源文件 -> .i 预处理文件 -> .s 汇编文件 -> .o 目标对象文件 -> a.out 可执行文件。可以通过不同的选项只生成指定类型的文件。

[root@VM_139_38_centos define]# ls
main.c
[root@VM_139_38_centos define]# gcc --save-temps main.c
[root@VM_139_38_centos define]# ll
total 44
-rwxr-xr-x 1 root root  8568 Jan 19 15:32 a.out
-rw-r--r-- 1 root root   325 Jan 19 14:39 main.c
-rw-r--r-- 1 root root 16901 Jan 19 15:32 main.i
-rw-r--r-- 1 root root  1600 Jan 19 15:32 main.o
-rw-r--r-- 1 root root   561 Jan 19 15:32 main.s

• 可以通过 -v 选项输出编译过程中产生的所有信息：

# gcc -v -o build 1.c
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/lto-wrapper
Target: x86_64-redhat-linux
Configured with: ../configure --prefix=/usr --mandir=/usr/share/man --infodir=/usr/share/info --with-bugurl=http://bugzilla.redhat.com/bugzilla --enable-bootstrap --enable-shared --enable-threads=posix --enable-checking=release --with-system-zlib --enable-__cxa_atexit --disable-libunwind-exceptions --enable-gnu-unique-object --enable-linker-build-id --with-linker-hash-style=gnu --enable-languages=c,c++,objc,obj-c++,java,fortran,ada,go,lto --enable-plugin --enable-initfini-array --disable-libgcj --with-isl=/builddir/build/BUILD/gcc-4.8.5-20150702/obj-x86_64-redhat-linux/isl-install --with-cloog=/builddir/build/BUILD/gcc-4.8.5-20150702/obj-x86_64-redhat-linux/cloog-install --enable-gnu-indirect-function --with-tune=generic --with-arch_32=x86-64 --build=x86_64-redhat-linux
Thread model: posix
gcc version 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-28) (GCC)
COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-o' 'build' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 /usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/cc1 -quiet -v 1.c -quiet -dumpbase 1.c -mtune=generic -march=x86-64 -auxbase 1 -version -o /tmp/ccgJDXWv.s
GNU C (GCC) version 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-28) (x86_64-redhat-linux)
	compiled by GNU C version 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-28), GMP version 6.0.0, MPFR version 3.1.1, MPC version 1.0.1
GGC heuristics: --param ggc-min-expand=97 --param ggc-min-heapsize=127047
ignoring nonexistent directory "/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/include-fixed"
ignoring nonexistent directory "/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../../x86_64-redhat-linux/include"
#include "..." search starts here:
#include <...> search starts here:
 /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/include
 /usr/local/include
 /usr/include
End of search list.
GNU C (GCC) version 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-28) (x86_64-redhat-linux)
	compiled by GNU C version 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-28), GMP version 6.0.0, MPFR version 3.1.1, MPC version 1.0.1
GGC heuristics: --param ggc-min-expand=97 --param ggc-min-heapsize=127047
Compiler executable checksum: fbe9869a2e70aadeaf82d7c32bbeabe0
COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-o' 'build' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 as -v --64 -o /tmp/ccmzAIx7.o /tmp/ccgJDXWv.s
GNU assembler version 2.25.1 (x86_64-redhat-linux) using BFD version version 2.25.1-22.base.el7
COMPILER_PATH=/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/:/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/:/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/
LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../../lib64/:/lib/../lib64/:/usr/lib/../lib64/:/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../:/lib/:/usr/lib/
COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-o' 'build' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 /usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/collect2 --build-id --no-add-needed --eh-frame-hdr --hash-style=gnu -m elf_x86_64 -dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 -o build /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../../lib64/crt1.o /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../../lib64/crti.o /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/crtbegin.o -L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5 -L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../../lib64 -L/lib/../lib64 -L/usr/lib/../lib64 -L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../.. /tmp/ccmzAIx7.o -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed -lc -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/crtend.o /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/../../../../lib64/crtn.o

C 语言编译过程

预处理

预处理时，会把所有的 include 替换为所引入文件的代码，把 define 宏定义都替换为具体的定义元素。对 C 程序预处理后，得到 .i 文件。对应 GCC 的选项是 gcc -E，例如

gcc -E -o my.i 1.c

命令可以得到 my.i 这个文件。

编译

对 C 程序编译后，得到汇编程序。对应 GCC 的选项是 gcc -S，例如

gcc -S -o my.s 1.c

命令可以得到 my.s 这个汇编文件。这个步骤对应上面的输出信息为：

 /usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/cc1 -quiet -v 1.c -o /tmp/ccgJDXWv.s -quiet -dumpbase 1.c -mtune=generic -march=x86-64 -auxbase 1 -version

汇编

将上一步编译得到的汇编程序，转为 .o 输出文件，这是可以被计算机直接读懂的二进制文件。但是需要注意，因为没有链接进额外的资源，通常这个文件是不能直接执行的。对应 GCC 的选项是 gcc -c，这个选项会在汇编前自动调用编译工具。例如

gcc -c -o my.out my.s

命令可以得到 my.out 这个输出文件，此时还需要链接，还不能直接执行。

链接

链接，可以将多个 .o 输出文件组成一个可执行文件，可以自动链接所需的依赖。例如

gcc -o myExe my.out

对应 GCC 的选项是 gcc -o，如果指定的输入是 .c 或 .s 后缀的文件，这个选项在链接前会自动调用编译或/和汇编两个工具。

通常使用 GCC 时，直接调用 gcc -o myOutName xx.c yy.c zz.c 即可自动完成上述所有步骤，得到一个可执行文件。

C 语言编译时的常见错误

预处理错误

C 语言有两种方式引入头文件：

• 双引号 “”：例如 #include "my.h"，首先在当前目录下寻找，找不到的话再去系统库中寻找。用于自己实现的头文件。
• 尖括号 <>：例如 #include <stdio.h>，直接在系统库中寻找。

项目中通常把头文件放在单独的目录中，例如项目根目录下的 inc 目录。这时可用在使用 GCC 时通过 -I 头文件位置 来指定要查找头文件的目录。

[root@VM_139_38_centos header]# gcc main.c
main.c:2:16: fatal error: my.h: No such file or directory
 #include "my.h"
                ^
compilation terminated.
[root@VM_139_38_centos header]# gcc -I inc main.c
[root@VM_139_38_centos header]# ./a.out
Hello World! 123

编译错误

编译错误主要是语法错误。例如括号不配对，变量名写错。

链接错误

链接时缺少所需的文件

链接时发现缺少所需的文件，例如函数定义缺失，会报链接错误。例如对下面的代码：

#include <stdio.h>

void fun();

int main()
{
	fun();
	return 0;
}

编译时会有如下报错，其中 collect2 命令是链接时用的程序：

/tmp/cc2lEZt4.o: In function `main':
main.c:(.text+0x15): undefined reference to `fun'
collect2: error: ld returned 1 exit status

解决方法也很简单，在同一个文件中实现这个方法后，重新编译即可。如果方法的实现在另一个文件中，可以在用 GCC 编译时指定这个文件即可，例如方法声明在 1.c 中，而方法体在 2.c 这个文件中，则用下面的命令编译即可：

gcc -o my.out 1.c 2.c

当然，通常每个文件都是单独编译的，最后链接到一起：

gcc -c -o 1.o 1.c
gcc -c -o 2.o 2.c
gcc -o my.out 1.o 2.o

链接时多了所需的文件

例如，一个方法在多个文件中定义，而链接时需要把这几个文件整合为一个可执行文件，就会报错：

fun.o: In function `fun':
fun.c:(.text+0x0): multiple definition of `fun'
main.o:main.c:(.text+0x0): first defined here
collect2: error: ld returned 1 exit status