编译流程

gcc 编译流程

一个 C/C++文件要经过预处理 (preprocessing)、编译 (compilation)、汇编 (assembly) 和链接 (linking) 等 4 步才能变成可执行文件。

预处理

C/C++源文件中，以“#”开头的命令被称为预处理命令，如包含命令“#include”、宏定义命令“#define”、条件编译命令“#if”、“#ifdef”等。预处理就是将要包含 (include) 的文件插入原文件中、将宏定义展开、根据条件编译命令选择要使用的代码，最后将这些东西输出到一个“.i”文件中等待进一步处理。

编译

编译就是把 C/C++代码（比如上述的“.i”文件）“翻译”成汇编代码，所用到的工具为 cc1（它的名字就是 cc1，x86 有自己的 cc1 命令，ARM 板也有自己的 cc1 命令）。

汇编

汇编就是将第二步输出的汇编代码翻译成符合一定格式的机器代码，在 Linux 系统上一般表现为 ELF 目标文件 (OBJ 文件），用到的工具为 as。x86 有自己的 as 命令，ARM 版也有自己的 as 命令，也可能是 xxxx-as（比如 arm-linux-as）。

链接

链接就是将上步生成的 OBJ 文件和系统库的 OBJ 文件、库文件链接起来，最终生成了可以在特定平台运行的可执行文件，用到的工具为 ld 或 collect2。

编译程序时，加上-v 选项就可以看到这几个步骤

gcc 常用编译选项

• E 预处理，开发过程中想快速确定某个宏可以使用“-E -dM”
• c 把预处理、编译、汇编都做了，但是不链接
• o 指定输出文件
• I 指定头文件目录
• L 指定链接时库文件目录
• l 指定链接哪一个库文件

GCC 总体选项 (Overall Option)

• -c
  预处理、编译和汇编源文件，但是不作链接，编译器根据源文件生成 OBJ 文件。缺省情况下，GCC 通过用。o'替换源文件名的后缀。c’，.i'，.s’等，产生 OBJ 文件名。可以使用-o 选项选择其他名字。GCC 忽略-c 选项后面任何无法识别的输入文件。

• S
  编译后即停止，不进行汇编。对于每个输入的非汇编语言文件，输出结果是汇编语言文件。缺省情况下，GCC 通过用。s 替换源文件名后缀。c，`.i’等等，产生汇编文件名。可以使用-o 选项选择其他名字。GCC 忽略任何不需要汇编的输入文件。

• E
  预处理后即停止，不进行编译。预处理后的代码送往标准输出。

• -o file
  指定输出文件为 file。无论是预处理、编译、汇编还是链接，这个选项都可以使用。如果没有使用-o 选项，默认的输出结果是：可执行文件为 a.out；修改输入文件的名称是 source.suffix'，则它的 OBJ 文件是 source.o’，汇编文件是 `source.s’，而预处理后的 C 源代码送往标准输出。

• v
  显示制作 GCC 工具自身时的配置命令；同时显示编译器驱动程序、预处理器、编译器的版本号。

警告选项 (Warning Option)

• -Wall
  这个选项基本打开了所有需要注意的警告信息，比如没有指定类型的声明、在声明之前就使用的函数、局部变量除了声明就没再使用等。

调试选项 (Debugging Option)

• -g
  以操作系统的本地格式 (stabs，COFF，XCOFF，或 DWARF) 产生调试信息，GDB 能够使用这些调试信息。在大多数使用 stabs 格式的系统上，-g'选项加入只有 GDB 才使用的额外调试信息。可以使用下面的选项来生成额外的信息：-gstabs+‘，-gstabs'，-gxcoff+’，-gxcoff'，-gdwarf+‘或`-gdwarf’，具体用法请读者参考 GCC 手册。

• -O0
  不优化。

• -O 或-O1
  优化：对于大函数，优化编译的过程将占用稍微多的时间和相当大的内存。不使用-O'或-O1’选项的目的是减少编译的开销，使编译结果能够调试、语句是独立的：如果在两条语句之间用断点中止程序，可以对任何变量重新赋值，或者在函数体内把程序计数器指到其他语句，以及从源程序中精确地获取你所期待的结果。 不使用-O'或-O1’选项时，只有声明了 register 的变量才分配使用寄存器。 使用了-O'或-O1’选项，编译器会试图减少目标码的大小和执行时间。如果指定了-O'或-O1’选项，-fthread-jumps'和-fdefer-pop’选项将被打开。在有 delay slot 的机器上，-fdelayed-branch'选项将被打开。在即使没有帧指针 (frame pointer) 也支持调试的机器上，-fomit-frame-pointer’选项将被打开。某些机器上还可能会打开其他选项。

• O2
  多优化一些。除了涉及空间和速度交换的优化选项，执行几乎所有的优化工作。例如不进行循环展开 (loop unrolling) 和函数内嵌 (inlining)。和-O'或-O1’选项比较，这个选项既增加了编译时间，也提高了生成代码的运行效果。

• O3
  优化的更多。除了打开-O2 所做的一切，它还打开了-finline-functions 选项。

链接器选项 (Linker Option)

• -object-file-name
  如果某些文件没有特别明确的后缀 (a special recognized suffix)，GCC 就认为他们是 OBJ 文件或库文件（根据文件内容，链接器能够区分 OBJ 文件和库文件）。如果 GCC 执行链接操作，这些 OBJ 文件将成为链接器的输入文件。

• -llibrary
  链接名为 library 的库文件。 链接器在标准搜索目录中寻找这个库文件，库文件的真正名字是 liblibrary.a'。搜索目录除了一些系统标准目录外，还包括用户以-L’选项指定的路径。一般说来用这个方法找到的文件是库文件──即由 OBJ 文件组成的归档文件 (archive file)。链接器处理归档文件的方法是：扫描归档文件，寻找某些成员，这些成员的符号目前已被引用，不过还没有被定义。但是，如果链接器找到普通的 OBJ 文件，而不是库文件，就把这个 OBJ 文件按平常方式链接进来。指定-l'选项和指定文件名的唯一区别是，-l 选项用 lib 和。a 把 library 包裹起来，而且搜索一些目录。

• -nostartfiles
  不链接系统标准启动文件，而标准库文件仍然正常使用。

• -nostdlib
  不链接系统标准启动文件和标准库文件，只把指定的文件传递给链接器。这个选项常用于编译内核、bootloader 等程序，它们不需要启动文件、标准库文件。

• -static
  在支持动态链接 (dynamic linking) 的系统上，阻止链接共享库，当不使用-static 编译文件时，程序执行前要链接共享库文件，所以还需要将共享库文件放入文件系统中。

• -shared
  生成一个共享 OBJ 文件，它可以和其他 OBJ 文件链接产生可执行文件。只有部分系统支持该选项。 当不想以源代码发布程序时，可以使用-shared 选项生成库文件，比如对于 options 程序，可以如下制作库文件：

  gcc -c -o sub.o sub.c
  gcc -shared -o libsub.so sub.o

• -Xlinker option
  把选项 option 传递给链接器。可以用来传递系统特定的链接选项，GCC 无法识别这些选项。如果需要传递携带参数的选项，必须使用两次-Xlinker'，一次传递选项，另一次传递其参数。例如，如果传递-assert definitions’，要成-Xlinker -assert -Xlinker definitions'，而不能写成-Xlinker “-assert definitions”’，因为这样会把整个字符串当做一个参数传递，显然这不是链接器期待的。

• -Wl, option
  把选项 option 传递给链接器。如果 option 中含有逗号，就在逗号处分割成多个选项。链接器通常是通过 gcc、arm-linux-gcc 等命令间接启动的，要向它传入参数时，参数前面加上`-Wl,’。

• -u symbol
  使链接器认为取消了 symbol 的符号定义，从而链接库模块以取得定义。可以使用多个 `-u’选项，各自跟上不同的符号，使得链接器调入附加的库模块。

目录选项 (Directory Option)

• -Idir
  在头文件的搜索路径列表中添加 dir 目录。 头文件的搜索方法为：如果以“#include < >”包含文件，则只在标准库目录开始搜索（包括使用-Idir 选项定义的目录）；如果以“#include “”包含文件，则先从用户的工作目录开始搜索，再搜索标准库目录。

• -I-
  任何在-I-'前面用-I’选项指定的搜索路径只适用于#include "file"'这种情况；它们不能用来搜索#include ’包含的头文件。如果用-I'选项指定的搜索路径位于-I-’选项后面，就可以在这些路径中搜索所有的#include'指令（一般说来-I 选项就是这么用的）。还有，-I-’选项能够阻止当前目录（存放当前输入文件的地方）成为搜索#include "file"'的第一选择。-I-’不影响使用系统标准目录，因此，-I-'和-nostdinc’是不同的选项。

• -Ldir
  在`-l’选项的搜索路径列表中添加 dir 目录。指定库文件路径。

• -Bprefix
  这个选项指出在何处寻找可执行文件，库文件，以及编译器自己的数据文件。编译器驱动程序需要使用某些工具，比如：cpp，cc1’ （或 C++的 cc1plus')，as’和 ld'。它把 prefix 当作欲执行的工具的前缀，这个前缀可以用来指定目录，也可以用来修改工具名字。 对于要运行的工具，编译器驱动程序首先试着加上-B’前缀（如果存在），如果没有找到文件，或没有指定-B'选项，编译器接着会试验两个标准前缀/usr/lib/gcc/’和/usr/local/lib/gcc-lib/'。如果仍然没能够找到所需文件，编译器就在 PATH’环境变量指定的路径中寻找没加任何前缀的文件名。如果有需要，运行时 (run-time) 支持文件 libgcc.a'也在-B’前缀的搜索范围之内。如果这里没有找到，就在上面提到的两个标准前缀中寻找，仅此而已。如果上述方法没有找到这个文件，就不链接它了。多数情况的多数机器上，libgcc.a'并非必不可少。 可以通过环境变量 GCC_EXEC_PREFIX 获得近似的效果；如果定义了这个变量，其值就和上面说的一样被用作前缀。如果同时指定了-B’选项和 GCC_EXEC_PREFIX 变量，编译器首先使用`-B’选项，然后才尝试环境变量值。

• -ld/objdump/objcopy 选项

制作使用动态库

gcc -c -o main.o  main.c
gcc -c -o sub.o   sub.c
gcc -shared  -o libsub.so  sub.o  sub2.o  sub3.o #（可以使用多个。o 生成动态库）
gcc -o test main.o  -lsub  -L /libsub.so/所在目录/

制作使用静态库

gcc -c -o main.o  main.c
gcc -c -o sub.o   sub.c
ar  crs  libsub.a  sub.o  sub2.o  sub3.o #（可以使用多个。o 生成静态库）
gcc  -o  test  main.o  libsub.a  #（如果。a 不在当前目录下，需要指定它的绝对或相对路径）

参考文献

《韦东山老师的课程及书籍》