Linux-gcc编程

GCC

由GNU之父Stallman所开发的linux下的编译器，全称为GNU Compiler Collection， 目前可以编译的语言包括：C, C++, Objective-C, Fortran, Java,and Ada, 可以在其官方页面找到更加详细的信息

　　GCC是一个原本用于Unix-like系统下编程的编译器。不过，现在GCC也有了许多Win32下的移植版本。这要感谢Internet上众多程序员的共同努力。

　　*Win32下的 GCC 详细可察看词条:GCC for Win32

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历史

　　GCC是GNU公社的一个项目。是一个用于编程开发的自由编译器。最初，GCC只是一个C语言编译器，他是GNU C Compiler 的英文缩写。随着众多自由开发者的加入和GCC自身的发展，如今的GCC已经是一个包含众多语言的编译器了。其中包括 C,C++,Ada,Object C和Java等。所以，GCC也由原来的GNU C Compiler变为GNUCompiler Collection。也就是 GNU编译器家族的意思。当然，如今的GCC借助于他的特性，具有了交叉编译器的功能，即在一个平台下编译另一个平台的代码。

　　直到现在，GCC的历史仍然在继续，他的传奇仍然被人所传颂。

　　Linux系统下的Gcc（GNUC Compiler）是GNU推出的功能强大、性能优越的多平台编译器，是GNU的代表作品之一。gcc是可以在多种硬体平台上编译出可执行程序的超级编译器，其执行效率与一般的编译器相比平均效率要高20%~30%。

　　Gcc编译器能将C、C++语言源程序、汇程式化序和目标程序编译、连接成可执行文件，如果没有给出可执行文件的名字，gcc将生成一个名为a.out的文件。在Linux系统中，可执行文件没有统一的后缀，系统从文件的属性来区分可执行文件和不可执行文件。而gcc则通过后缀来区别输入文件的类别，下面我们来介绍gcc所遵循的部分约定规则。

　　.c为后缀的文件，C语言源代码文件；

　　.a为后缀的文件，是由目标文件构成的档案库文件；

　　.C，.cc或.cxx为后缀的文件，是C++源代码文件；

　　.h为后缀的文件，是程序所包含的头文件；

　　.i 为后缀的文件，是已经预处理过的C源代码文件；

　　.ii为后缀的文件，是已经预处理过的C++源代码文件；

　　.m为后缀的文件，是Objective-C源代码文件；

　　.o为后缀的文件，是编译后的目标文件；

　　.s为后缀的文件，是汇编语言源代码文件；

　　.S为后缀的文件，是经过预编译的汇编语言源代码文件。

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GCC的执行过程

　　虽然我们称Gcc是C语言的编译器，但使用gcc由C语言源代码文件生成可执行文件的过程不仅仅是编译的过程，而是要经历四个相互关联的步骤∶预处理(也称预编译，Preprocessing)、编译(Compilation)、汇编(Assembly)和连接(Linking)。

　　命令gcc首先调用cpp进行预处理，在预处理过程中，对源代码文件中的文件包含(include)、预编译语句(如宏定义define等)进行分析。接着调用cc1进行编译，这个阶段根据输入文件生成以.o为后缀的目标文件。汇编过程是针对汇编语言的步骤，调用as进行工作，一般来讲，.S为后缀的汇编语言源代码文件和汇编、.s为后缀的汇编语言文件经过预编译和汇编之后都生成以.o为后缀的目标文件。当所有的目标文件都生成之后，gcc就调用ld来完成最后的关键性工作，这个阶段就是连接。在连接阶段，所有的目标文件被安排在可执行程序中的恰当的位置，同时，该程序所调用到的库函数也从各自所在的档案库中连到合适的地方。

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GCC的基本用法和选项

　　在使用Gcc编译器的时候，我们必须给出一系列必要的调用参数和文件名称。Gcc编译器的调用参数大约有100多个，其中多数参数我们可能根本就用不到，这里只介绍其中最基本、最常用的参数。

　　Gcc最基本的用法是∶gcc [options] [filenames]

　　其中options就是编译器所需要的参数，filenames给出相关的文件名称。

　　-c，只编译，不连接成为可执行文件，编译器只是由输入的.c等源代码文件生成.o为后缀的目标文件，通常用于编译不包含主程序的子程序文件。

　　-ooutput_filename，确定输出文件的名称为output_filename，同时这个名称不能和源文件同名。如果不给出这个选项，gcc就给出预设的可执行文件a.out。

　　-g，产生符号调试工具(GNU的gdb)所必要的符号资讯，要想对源代码进行调试，我们就必须加入这个选项。

　　-O，对程序进行优化编译、连接，采用这个选项，整个源代码会在编译、连接过程中进行优化处理，这样产生的可执行文件的执行效率可以提高，但是，编译、连接的速度就相应地要慢一些。

　　-O2，比-O更好的优化编译、连接，当然整个编译、连接过程会更慢。

　　-Idirname，将dirname所指出的目录加入到程序头文件目录列表中，是在预编译过程中使用的参数。C程序中的头文件包含两种情况∶

　　A)#include

　　B)#include“myinc.h”

　　其中，A类使用尖括号(< >)，B类使用双引号(“ ”)。对于A类，预处理程序cpp在系统预设包含文件目录(如/usr/include)中搜寻相应的文件，而%B

　　GCC手册:http://www.shanghai.ws/gnu/gcc_1.htm

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GCC教程

　　

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准备工作

　　(下面的命令对ubuntu系统有效)

　　如果你还没装编译环境或自己不确定装没装，不妨先执行

　　sudoapt-get install build-essential

　　如果你需要编译 Fortran 程序，那么还需要安装 gfortran(或 g77)

　　sudoapt-get install gfortran

　　如果你已经了解一些 vim 的知识，而且想用它来编辑源代码，那么我们不妨装个完整版

　　sudoapt-get install vim-full

　　如果你不了解vim，选择gedit、kate或mousepad来编辑源代码就好了

　　注意：本文可能会让你失望，如果你看完后有下列疑问的话：为什么要在终端输命令啊？ GCC 是什么东西，怎么在菜单中找不到？ GCC 不能有像 VC 那样的窗口吗？…… 那么你真正想要了解的可能是 anjuta，kdevelop，geany，codeblocks，eclipse，neatbean等 IDE 集成开发环境。即使在这种情况下，由于 GCC 是以上 IDE 的后台的编译器，本文仍值得你稍作了解。

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编译简单的 C 程序

　　C 语言经典的入门例子是 Hello World，下面是一示例代码：

　　#include<stdio.h>

　　intmain(void)

　　{

　　printf("Hello,world!\n");

　　return0;

　　}

　　我们假定该代码存为文件‘hello.c’。要用 gcc 编译该文件，使用下面的命令：

　　$gcc -Wall hello.c -o hello

　　该命令将文件‘hello.c’中的代码编译为机器码并存储在可执行文件 ‘hello’中。机器码的文件名是通过 -o 选项指定的。该选项通常作为命令行中的最后一个参数。如果被省略，输出文件默认为 ‘a.out’。

　　注意到如果当前目录中与可执行文件重名的文件已经存在，它将被复盖。

　　选项-Wall 开启编译器几乎所有常用的警告──强烈建议你始终使用该选项。编译器有很多其他的警告选项，但 -Wall 是最常用的。默认情况下GCC 不会产生任何警告信息。当编写 C 或 C++ 程序时编译器警告非常有助于检测程序存在的问题。

　　本例中，编译器使用了 -Wall 选项而没产生任何警告，因为示例程序是完全合法的。

　　要运行该程序，输入可执行文件的路径如下：

　　$./hello

　　Hello,world!

　　这将可执行文件载入内存，并使 CPU 开始执行其包含的指令。 路径 ./ 指代当前目录，因此 ./hello 载入并执行当前目录下的可执行文件 ‘hello’。

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捕捉错误

　　如上所述，当用 C 或 C++ 编程时，编译器警告是非常重要的助手。为了说明这一点，下面的例子包含一个微妙的错误：为一个整数值错误地指定了一浮点数控制符‘%f’。

　　#include<stdio.h>

　　int

　　main(void)

　　{

　　printf("Two plus two is %f\n", 4);

　　return0;

　　}

　　一眼看去该错误并不明显，但是它可被编译器捕捉到，只要启用了警告选项 -Wall。

　　编译上面的程序‘bad.c’，将得到如下的消息：

　　$gcc -Wall bad.c -o bad

　　bad.c:In function 'main':

　　bad.c:6:warning: double format, different type arg (arg 2)

　　这表明文件 ‘bad.c’第 6 行中的格式字符串用法不正确。GCC 的消息总是具有下面的格式 文件名:行号:消息。编译器对错误与警告区别对待，前者将阻止编译，后者表明可能存在的问题但并不阻止程序编译。

　　本例中，对整数值来说，正确的格式控制符应该是 %d。

　　如果不启用 -Wall，程序表面看起来编译正常，但是会产生不正确的结果：

　　$gcc bad.c -o bad

　　$./bad

　　Twoplus two is 2.585495

　　显而易见，开发程序时不检查警告是非常危险的。如果有函数使用不当，将可能导致程序崩溃或产生错误的结果。开启编译器警告选项 -Wall 可捕捉 C 编程时的多数常见错误。

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编译多个源文件

　　一个源程序可以分成几个文件。这样便于编辑与理解，尤其是程序非常大的时候。这也使各部分独立编译成为可能。

　　下面的例子中我们将程序 Hello World 分割成 3 个文件：‘main.c’，‘hello_fn.c’和头文件‘hello.h’。这是主程序‘main.c’：

　　#include"hello.h"

　　int

　　main(void)

　　{

　　hello("world");

　　return0;

　　}

　　在先前的例子‘hello.c’中，我们调用的是库函数 printf，本例中我们用一个定义在文件‘hello_fn.c’中的函数 hello 取代它。

　　主程序中包含有头文件‘hello.h’，该头文件包含函数 hello 的声明。我们不需要在‘main.c’文件中包含系统头文件‘stdio.h’来声明函数 printf，因为‘main.c’没有直接调用printf。

　　文件‘hello.h’中的声明只用了一行就指定了函数 hello 的原型。

　　voidhello (const char * name);

　　函数hello 的定义在文件‘hello_fn.c’中：

　　#include<stdio.h>

　　#include"hello.h"

　　void

　　hello(const char * name)

　　{

　　printf("Hello, %s!\n", name);

　　}

　　语句#include "FILE.h" 与#include <FILE.h> 有所不同：前者在搜索系统头文件目录之前将先在当前目录中搜索文件‘FILE.h’，后者只搜索系统头文件而不查看当前目录。

　　要用gcc编译以上源文件，使用下面的命令：

　　$gcc -Wall main.c hello_fn.c -o newhello

　　本例中，我们使用选项 -o 为可执行文件指定了一个不同的名字 newhello。注意到头文件‘hello.h’并未在命令行中指定。源文件中的的 #include "hello.h" 指示符使得编译器自动将其包含到合适的位置。

　　要运行本程序，输入可执行文件的路径名：

　　$./newhello

　　Hello,world!

　　源程序各部分被编译为单一的可执行文件，它与我们先前的例子产生的结果相同。

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简单的 Makefile 文件

　　为便于不熟悉 make 的读者理解，本节提供一个简单的用法示例。Make 凭借本身的优势，可在所有的 Unix 系统中被找到。要了解关于Gnu make 的更多信息，请参考 Richard M. Stallman 和 Roland McGrath 编写的 GNUMake 手册。

　　Make从 makefile(默认是当前目录下的名为‘Makefile’的文件)中读取项目的描述。makefile指定了一系列目标（比如可执行文件）和依赖（比如对象文件和源文件）的编译规则，其格式如下：

　　目标： 依赖

　　命令

　　对每一个目标，make 检查其对应的依赖文件修改时间来确定该目标是否需要利用对应的命令重新建立。注意到，makefile 中命令行必须以单个的 TAB 字符进行缩进，不能是空格。

　　GNUMake 包含许多默认的规则(参考隐含规则)来简化 makefile 的构建。比如说，它们指定‘.o’文件可以通过编译‘.c’文件得到，可执行文件可以通过将‘.o’链接到一起获得。隐含规则通过被叫做make变量的东西所指定，比如 CC(C 语言编译器)和CFLAGS(C程序的编译选项)；在makefile文件中它们通过独占一行的 变量=值 的形式被设置。对 C++ ，其等价的变量是CXX和CXXFLAGS，而变量CPPFLAGS则是编译预处理选项。

　　现在我们为上一节的项目写一个简单的 makefile 文件：

　　CC=gcc

　　CFLAGS=-Wall

　　hello:hello.o hello_fn.o

　　clean:

　　rm-f hello hello.o hello_fn.o

　　该文件可以这样来读：使用 C 语言编译器 gcc，和编译选项‘-Wall’,从对象文件‘hello.o’和‘hello_fn.o’生成目标可执行文件 hello（文件‘hello.o’和‘hello_fn.o’通过隐含规则分别由‘hello.c’和‘hello_fn.c’生成）。目标clean没有依赖文件，它只是简单地移除所有编译生成的文件。rm命令的选项‘-f’(force) 抑制文件不存在时产生的错误消息。

　　要使用该makefile 文件，输入 make。不加参数调用make时，makefile文件中的第一个目标被建立，从而生成可执行文件‘hello’：

　　$make

　　gcc-Wall -c -o hello.o hello.c

　　gcc-Wall -c -o hello_fn.o hello_fn.c

　　gcchello.o hello_fn.o -o hello

　　$./hello

　　Hello,world!

　　一个源文件被修改要重新生成可执行文件，简单地再次输入 make 即可。通过检查目标文件和依赖文件的时间戳，程序 make 可识别哪些文件已经修改并依据对应的规则更新其对应的目标文件：

　　$vim hello.c (打开编辑器修改一下文件)

　　$make

　　gcc-Wall -c -o hello.o hello.c

　　gcchello.o hello_fn.o -o hello

　　$./hello

　　Hello,world!

　　最后，我们移除 make 生成的文件，输入 make clean：

　　$make clean

　　rm-f hello hello.o hello_fn.o

　　一个专业的 makefile文件通常包含用于安装(make install)和测试(make check)等额外的目标。

　　本文中涉及到的例子都足够简单以至于可以完全不需要makefile，但是对任何大些的程序都使用 make 是很有必要的。

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链接外部库

　　库是预编译的目标文件(object files)的集合，它们可被链接进程序。静态库以后缀为‘.a’的特殊的存档文件(archive file)存储。

　　标准系统库可在目录 /usr/lib 与 /lib 中找到。比如，在类 Unix 系统中 C 语言的数学库一般存储为文件 /usr/lib/libm.a。该库中函数的原型声明在头文件 /usr/include/math.h 中。C 标准库本身存储为 /usr/lib/libc.a，它包含 ANSI/ISO C 标准指定的函数，比如‘printf’。对每一个 C 程序来说，libc.a 都默认被链接。

　　下面的是一个调用数学库 libm.a 中 sin 函数的的例子，创建文件calc.c：

　　#include<math.h>

　　#include<stdio.h>

　　int

　　main(void)

　　{

　　doublex = sin (2.0);

　　printf("The value of sin(2.0) is %f\n", x);

　　return0;

　　}

　　尝试单独从该文件生成一个可执行文件将导致一个链接阶段的错误：

　　$gcc -Wall calc.c -o calc

　　/tmp/ccbR6Ojm.o:In function 'main':

　　/tmp/ccbR6Ojm.o(.text+0x19):undefined reference to ‘sin’

　　函数 sin，未在本程序中定义也不在默认库‘libc.a’中；除非被指定，编译器也不会链接‘libm.a’。

　　为使编译器能将 sin 链接进主程序‘calc.c’，我们需要提供数学库‘libm.a’。一个容易想到但比较麻烦的做法是在命令行中显式地指定它：

　　$gcc -Wall calc.c /usr/lib/libm.a -o calc

　　函数库‘libm.a’包含所有数学函数的目标文件，比如sin,cos,exp,log及sqrt。链接器将搜索所有文件来找到包含 sin 的目标文件。

　　一旦包含 sin的目标文件被找到，主程序就能被链接，一个完整的可执行文件就可生成了：

　　$./calc

　　Thevalue of sin(2.0) is 0.909297

　　可执行文件包含主程序的机器码以及函数库‘libm.a’中 sin对应的机器码。

　　为避免在命令行中指定长长的路径，编译器为链接函数库提供了快捷的选项‘-l’。例如，下面的命令

　　$gcc -Wall calc.c -lm -o calc

　　与我们上面指定库全路径‘/usr/lib/libm.a’的命令等价。

　　一般来说，选项 -lNAME使链接器尝试链接系统库目录中的函数库文件 libNAME.a。一个大型的程序通常要使用很多 -l 选项来指定要链接的数学库，图形库，网络库等。

　　编译C++与Fortran

　　GCC 是 GNU 编译器集合（GNUCompiler Collection）的首字母缩写词。GNU 编译器集合包含 C，C++，Objective-C，Fortran，Java 和 Ada的前端以及这些语言对应的库（libstdc++，libgcj，……）。

　　前面我们只涉及到 C 语言，那么如何用 gcc 编译其他语言呢？本节将简单介绍 C++ 和Fortran 编译的例子。

　　首先我们尝试编译简单的 C++ 的经典程序 Hello world：

　　#include<iostream>

　　intmain(int argc,char *argv[])

　　{

　　std::cout<< "hello, world\n";

　　return0;

　　}

　　将文件保存为‘hello.cpp’，用 gcc 编译，结果如下：

　　$gcc -Wall hello.cpp -o hello

　　/tmp/cch6oUy9.o:In function `__static_initialization_and_destruction_0(int, int)':

　　hello.cpp:(.text+0x23):undefined reference to `std::ios_base::Init::Init()'

　　/tmp/cch6oUy9.o:In function `__tcf_0':

　　hello.cpp:(.text+0x6c):undefined reference to `std::ios_base::Init::~Init()'

　　/tmp/cch6oUy9.o:In function `main':

　　hello.cpp:(.text+0x8e):undefined reference to `std::cout'

　　hello.cpp:(.text+0x93):undefined reference to `std::basic_ostream<char,std::char_traits<char> >& std::operator<<<std::char_traits<char> >(std::basic_ostream<char,std::char_traits<char> >&, char const*)'

　　/tmp/cch6oUy9.o:(.eh_frame+0x11):undefined reference to `__gxx_personality_v0'

　　collect2:ld returned 1 exit status

　　出错了！！而且错误还很多，很难看懂，这可怎么办呢？在解释之前，我们先试试下面的命令：

　　$gcc -Wall hello.cpp -o hello -lstdc++

　　噫，加上-lstdc++选项后，编译竟然通过了，而且没有任何警告。运行程序，结果如下：

　　$./hello

　　hello,world

　　通过上节，我们可以知道，-lstdc++ 选项用来通知链接器链接静态库 libstdc++.a。而从字面上可以看出，libstdc++.a 是C++ 的标准库，这样一来，上面的问题我们就不难理解了──编译 C++程序，需要链接 C++ 的函数库libstdc++.a。

　　编译 C 的时候我们不需要指定 C 的函数库，为什么 C++ 要指定呢？这是由于早期 gcc 是指 GNU 的 C 语言编译器（GNU C Compiler），随着 C++，Fortran 等语言的加入，gcc的含义才变化成了 GNU 编译器集合（GNU Compiler Collection）。C作为 gcc 的原生语言，故编译时不需额外的选项。

　　不过幸运的是，GCC 包含专门为 C++ 、Fortran 等语言的编译器前端。于是，上面的例子，我们可以直接用如下命令编译：

　　$g++ -Wall hello.cpp -o hello

　　GCC 的 C++ 前端是 g++，而 Fortran 的情况则有点复杂：在 gcc-4.0 版本之前，Fortran 前端是 g77，而gcc-4.0之后的版本对应的 Fortran 前端则改为gfortran。下面我们先写一个简单的 Fortran 示例程序：

　　CFortran 示例程序

　　PROGRAMHELLOWORLD

　　WRITE(*,10)

　　10FORMAT('hello, world')

　　ENDPROGRAM HELLOWORLD

　　将文件保存‘hello.f’，用 GCC 的 Fortran 前端编译运行该文件

　　$gfortran -Wall hello.f -o hello

　　$./hello

　　hello,world

　　我们已经知道，直接用 gcc 来编译 C++ 时，需要链接 C++ 标准库，那么用 gcc 编译 Fortran时，命令该怎么写呢？

　　$gcc -Wall hello.f -o helloworld -lgfortran -lgfortranbegin

　　注意：上面这条命令与 gfortran 前端是等价的（g77 与此稍有不同）。其中库文件 libgfortranbegin.a (通过命令行选项 -lgfortranbegin 被调用) 包含运行和终止一个 Fortran 程序所必须的开始和退出代码。库文件 libgfortran.a 包含 Fortran 底层的输入输出等所需要的运行函数。

　　对于 g77来说，下面两条命令是等价的（注意到 g77 对应的 gcc 是 4.0之前的版本）：

　　$g77 -Wall hello.f -o hello

　　$gcc-3.4 -Wall hello.f -o hello -lfrtbegin -lg2c

　　命令行中的两个库文件分别包含 Fortran 的开始和退出代码以及 Fortran 底层的运行函数。

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另一种GCC

　　也被称为高层次的简称

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GCC

　　也是是海湾阿拉伯国家合作委员会的英文（Gulf Cooperation Council）缩写。

　　海湾合作委员会于1981年5月25日在阿联酋阿布扎比成立。其成员国为沙特阿拉伯，科威特，阿拉伯联合酋长国，卡塔尔，阿曼苏丹王国，巴林王国等6国。总秘书处设在沙特阿拉伯首都利雅得。最高权力机构为最高理事会，由成员国元首组成，主席由各国元首轮流担任，任期一年。现任主席为阿曼苏丹卡布斯。六国政治、经济体制相似，王室联系紧密，在政治、经济、外交、国防等方面有共同的利益，是中东地区一个重要的政治经济组织。

　　GCC成员国总面积267万平方公里，人口约3400万，2003年的国内生产总值总计约3800亿美元，主要资源为石油和天然气，是中东地区重要区域性组织。GCC六国处于东西两半球交通要冲，具有十分重要的战略地理位置。北与伊拉克、约旦接壤，南与也门及阿拉伯海相邻，东靠阿拉伯湾，西濒红海。境内绝大部分是沙漠，属热带沙漠气候。

　　对外贸易在GCC六国的国民经济中占有十分重要的地位,由于其单一的经济结构,除了石油和石化产品外,其它生活和生产所需大都依赖进口。年进出口贸易总额约2400亿美元，主要出口国家为美国、日本、欧盟、南韩、东南亚等国,主要进口国家为欧盟、美国、日本和东南亚等国。

　　根据GCC标准组织（GSO）于2004年10月12日在科威特部长会议上做出的决定，自2005年1月1日起，GSO将依照相关海湾标准对机动车辆及轮胎产品进行检验并颁发GCC认证证书。 被核准的GCC证书将在所有GCC成员国内有效。