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淺談gcc編譯器

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 3.3 gcc編譯器
  GNU CC(簡稱為gcc)是GNU項目中符合ANSI C標準的編譯系統,能夠編譯用C、C++和Object C等語言編寫的程序。gcc不僅功能強大,而且可以編譯如C、C++、Object C、Java、Fortran、Pascal、Modula-3和Ada等多種語言,而且gcc是一個交叉平臺編譯器,它能夠在當前CPU平臺上為多種不同體系結構的硬件平臺開發軟件,因此尤其適合在嵌入式領域的開發編譯。本章中的示例,除非特別注明,否則均采用4.x.x的gcc版本。
  表3.6所示為gcc支持編譯源文件的后綴及其解釋。
  表3.6 gcc所支持后綴名解釋
  后 綴 名所對應的語言后 綴 名所對應的語言
  .cC原始程序.s/.S匯編語言原始程序
  .C/.cc/.cxxC++原始程序.h預處理文件(頭文件)
  .mObjective-C原始程序.o目標文件
  .i已經過預處理的C原始程序.a/.so編譯后的庫文件
  .ii已經過預處理的C++原始程序……
  3.3.1 gcc編譯流程解析
  如本章開頭提到的,gcc的編譯流程分為了4個步驟,分別為:
  n 預處理(Pre-Processing);
  n 編譯(Compiling);
  n 匯編(Assembling);
  n 鏈接(Linking)。
  下面就具體來查看一下gcc是如何完成以上4個步驟的。
  首先看一下hello.c的源代碼:
  #include 《stdio.h》
  int main()
  {
  printf(“Hello! This is our embedded world!\n”);
  return 0;
  }
  (1)預處理階段。
  在該階段,對包含的頭文件(#include)和宏定義(#define、#ifdef等)進行處理。在上述代碼的預處理過程中,編譯器將包含的頭文件stdio.h編譯進來,并且用戶可以使用gcc的選項“-E”進行查看,該選項的作用是讓gcc在預處理結束后停止編譯過程。
  注意gcc指令的一般格式為:gcc [選項] 要編譯的文件 [選項] [目標文件]
  其中,目標文件可缺省,gcc默認生成可執行的文件,名為:編譯文件.out
  [root@localhost gcc]# gcc –E hello.c –o hello.i
  在此處,選項“-o”是指目標文件,由表3.6可知,“.i”文件為已經過預處理的C程序。以下列出了hello.i文件的部分內容:
  typedef int (*__gconv_trans_fct) (struct __gconv_step *,
  struct __gconv_step_data *, void *,
  __const unsigned char *,
  __const unsigned char **,
  __const unsigned char *, unsigned char **,
  size_t *);
  …
  # 2 “hello.c” 2
  int main()
  {
  printf(“Hello! This is our embedded world!\n”);
  return 0;
  }
  由此可見,gcc確實進行了預處理,它把“stdio.h”的內容插入hello.i文件中。
  (2)編譯階段。
  接下來進行的是編譯階段,在這個階段中,gcc首先要檢查代碼的規范性、是否有語法錯誤等,以確定代碼實際要做的工作,在檢查無誤后,gcc把代碼翻譯成匯編語言。用戶可以使用“-S”選項來進行查看,該選項只進行編譯而不進行匯編,結果生成匯編代碼。
  [root@localhost gcc]# gcc –S hello.i –o hello.s
  以下列出了hello.s的內容,可見gcc已經將其轉化為匯編代碼了,感興趣的讀者可以分析一下這一個簡單的C語言小程序是如何用匯編代碼實現的。
  .file “hello.c”
  .section .rodata
  .align 4
  .LC0:
  .string “Hello! This is our embedded world!”
  .text
  .globl main
  .type main, @function
  main:
  pushl %ebp
  movl %esp, %ebp
  subl $8, %esp
  andl $-16, %esp
  movl $0, %eax
  addl $15, %eax
  addl $15, %eax
  shrl $4, %eax
  sall $4, %eax
  subl %eax, %esp
  subl $12, %esp
  pushl $.LC0
  call puts
  addl $16, %esp
  movl $0, %eax
  leave
  ret
  .size main, 。-main
  .ident “GCC: (GNU) 4.0.0 200XYZ19 (Red Hat 4.0.0-8)”
  .section .note.GNU-stack,“”,@progbits
  (3)匯編階段。
  匯編階段是把編譯階段生成的“.s”文件轉成目標文件,讀者在此使用選項“-c”就可看到匯編代碼已轉化為“.o”的二進制目標代碼了,如下所示:
  [root@localhost gcc]# gcc –c hello.s –o hello.o
  (4)鏈接階段。
  在成功編譯之后,就進入了鏈接階段。這里涉及一個重要的概念:函數庫。
  讀者可以重新查看這個小程序,在這個程序中并沒有定義“printf”的函數實現,且在預編譯中包含進的“stdio.h”中也只有該函數的聲明,而沒有定義函數的實現,那么,是在哪里實現“printf”函數的呢?最后的答案是:系統把這些函數的實現都放到名為libc.so.6的庫文件中去了,在沒有特別指定時,gcc會到系統默認的搜索路徑“/usr/lib”下進行查找,也就是鏈接到libc.so.6函數庫中去,這樣就能調用函數“printf”了,而這也正是鏈接的作用。
  函數庫有靜態庫和動態庫兩種。靜態庫是指編譯鏈接時,將庫文件的代碼全部加入可執行文件中,因此生成的文件比較大,但在運行時也就不再需要庫文件了。其后綴名通常為“.a”。動態庫與之相反,在編譯鏈接時并沒有將庫文件的代碼加入可執行文件中,而是在程序執行時加載庫,這樣可以節省系統的開銷。一般動態庫的后綴名為“.so”,如前面所述的libc.so.6就是動態庫。gcc在編譯時默認使用動態庫。

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