文章目录

一. GCC常用命令
- 1. 简介
- 2. 简单编译
- - 2.1 预处理
  - 2.2 编译为汇编代码(Compilation)
  - 2.3 汇编(Assembly)
  - 2.4 连接(Linking)
- 3. 多个程序文件的编译
- 4. 检错
- 5. 库文件连接
- - 5.1 编译成可执行文件
  - 5.2 链接
  - 5.3 强制链接时使用静态链接库
二. 放松一下
三. GCC 编译器背后的故事
- 1. GCC编译器背后的工具
- - 1.1 GCC
  - 1.2 Binutils
  - 1.3 运行库
- 2. GCC编译及其分析
- - 2.1 准备工作
  - 2.2 编译过程详解
  - - 2.2.1 预处理
    - 2.2.2 编译
    - 2.2.3 汇编
    - 2.2.4 链接
- 3. 分析ELF文件
- - 3.1 ELF 文件的段
  - 3.2 反汇编 ELF

一. GCC常用命令

1. 简介

GCC 的意思也只是 GNU C Compiler 而已。经过了这么多年的发展，GCC 已经不仅仅能支持 C 语言；它现在还支持 Ada 语言、C++ 语言、Java 语言、Objective C 语言、Pascal 语言、COBOL 语言，以及支持函数式编程和逻辑编程的 Mercury 语言，等等。而 GCC 也不再单只是 GNU C 语言编译器的意思了，而是变成了 GNU Compiler Collection 也即是 GNU 编译器家族的意思了。另一方面，说到 GCC 对于操作系统平台及硬件平台支持，概括起来就是一句话：无所不在。

2. 简单编译

示例程序如下：

// test.c
#include <stdio.h>
int main(void)
{printf("Hello World!\n");return 0;
}

这个程序，一步到位的编译指令是: gcc test.c -o test

实质上，上述编译过程是分为四个阶段进行的，即预处理(也称预编译，Preprocessing)、编译 (Compilation)、汇编 (Assembly)和连接(Linking)。

2.1 预处理

gcc -E test.c -o test.i 或 gcc -E test.c

第一条指令：可以输出 test.i 文件中存放着 test.c 经预处理之后的代码。打开 test.i 文件，看一看。

第二条指令：是直接在命令行窗口中输出预处理后的代码.。

gcc 的-E 选项，可以让编译器在预处理后停止，并输出预处理结果。在本例中，预处理结果就是将 stdio.h 文件中的内容插入到 test.c 中了。

2.2 编译为汇编代码(Compilation)

预处理之后，可直接对生成的 test.i 文件编译，生成汇编代码：

gcc -S test.i -o test.s

gcc 的-S 选项，表示在程序编译期间，在生成汇编代码后，停止，-o 输出汇编代码文件。

2.3 汇编(Assembly)

对于上一小节中生成的汇编代码文件 test.s，gas 汇编器负责将其编译为目标文件，如下：

gcc -c test.s -o test.o

2.4 连接(Linking)

gcc 连接器是 gas 提供的，负责将程序的目标文件与所需的所有附加的目标文件连接起来，最终生成可执行文件。附加的目标文件包括静态连接库和动态连接库。

对于上一小节中生成的 test.o，将其与Ｃ标准输入输出库进行连接，最终生成程序 test

gcc test.o -o test

在命令行窗口中，执行./test, 执行程序输出 HelloWorld 。

3. 多个程序文件的编译

通常整个程序是由多个源文件组成的，相应地也就形成了多个编译单元，使用 GCC 能够很好地管理这些编译单元。假设有一个由 test1.c 和 test2.c 两个源文件组成的程序，为了对它们进行编译，并最终生成可执行程序 test，可以使用下面这条命令：

gcc test1.c test2.c -o test

如果同时处理的文件不止一个，GCC 仍然会按照预处理、编译和链接的过程依次进行。如果深究起来，上面这条命令大致相当于依次执行如下三条命令：

gcc -c test1.c -o test1.o

gcc -c test2.c -o test2.o

gcc test1.o test2.o

4. 检错

gcc -pedantic illcode.c -o illcode

-pedantic 编译选项并不能保证被编译程序与 ANSI/ISO C 标准的完全兼容，它仅仅只能用来帮助 Linux 程序员离这个目标越来越近。或者换句话说，-pedantic 选项能够帮助程序员发现一些不符合 ANSI/ISO C 标准的代码，但不是全部，事实上只有 ANSI/ISO C 语言标准中要求进行编译器诊断的那些情况，才有可能被 GCC 发现并提出警告。

除了-pedantic 之外，GCC 还有一些其它编译选项也能够产生有用的警告信息。这些选项大多以-W 开头，其中最有价值的当数-Wall 了，使用它能够使 GCC 产生尽可能多的警告信息。

gcc -Wall illcode.c -o illcode

GCC 给出的警告信息虽然从严格意义上说不能算作错误，但却很可能成为错误的栖身之所。一个优秀的 Linux 程序员应该尽量避免产生警告信息，使自己的代码始终保持标准、健壮的特性。所以将警告信息当成编码错误来对待，是一种值得赞扬的行为！所以，在编译程序时带上-Werror 选项，那么 GCC 会在所有产生警告的地方停止编译，迫使程序员对自己的代码进行修改，如下：

gcc -Werror test.c -o test

5. 库文件连接

开发软件时，完全不使用第三方函数库的情况是比较少见的，通常来讲都需要借助许多函数库的支持才能够完成相应的功能。从程序员的角度看，函数库实际上就是一些头文件（.h）和库文件（so、或 lib、dll）的集合。。虽然 Linux 下的大多数函数都默认将头文件放到/usr/include/目录下，而库文件则放到/usr/lib/目录下；Windows 所使用的库文件主要放在 Visual Stido 的目录下的 include 和 lib，以及系统文件夹下。但也有的时候，我们要用的库不再这些目录下，所以 GCC 在编译时必须用自己的办法来查找所需要的头文件和库文件。

例如我们的程序 test.c 是在 linux 上使用 c 连接 mysql，这个时候我们需要去 mysql 官网下载 MySQL Connectors 的 C 库，下载下来解压之后，有一个 include 文件夹，里面包含 mysql connectors 的头文件，还有一个 lib 文件夹，里面包含二进制 so 文件 libmysqlclient.so

其中 inclulde 文件夹的路径是/usr/dev/mysql/include，lib 文件夹是/usr/dev/mysql/lib

5.1 编译成可执行文件

首先我们要进行编译 test.c 为目标文件，这个时候需要执行

gcc -c -I /usr/dev/mysql/include test.c -o test.o

5.2 链接

最后我们把所有目标文件链接成可执行文件:

gcc -L /usr/dev/mysql/lib -lmysqlclient test.o -o test

Linux 下的库文件分为两大类分别是动态链接库（通常以.so 结尾）和静态链接库（通常以.a 结尾），二者的区别仅在于程序执行时所需的代码是在运行时动态加载的，还是在编译时静态加载的。

5.3 强制链接时使用静态链接库

默认情况下， GCC 在链接时优先使用动态链接库，只有当动态链接库不存在时才考虑使用静态链接库，如果需要的话可以在编译时加上-static 选项，强制使用静态链接库。

在/usr/dev/mysql/lib 目录下有链接时所需要的库文件 libmysqlclient.so 和 libmysqlclient.a，为了让 GCC 在链接时只用到静态链接库，可以使用下面的命令:

gcc -L /usr/dev/mysql/lib -static -lmysqlclient test.o -o test

静态库链接时搜索路径顺序：

ld 会去找 GCC 命令中的参数-L
再找 gcc 的环境变量 LIBRARY_PATH
再找内定目录 /lib /usr/lib /usr/local/lib 这是当初 compile gcc 时写在程序内的

动态链接时、执行时搜索路径顺序:

编译目标代码时指定的动态库搜索路径
环境变量 LD_LIBRARY_PATH 指定的动态库搜索路径
配置文件/etc/ld.so.conf 中指定的动态库搜索路径
默认的动态库搜索路径/lib
默认的动态库搜索路径/usr/lib

有关环境变量：

LIBRARY_PATH 环境变量：指定程序静态链接库文件搜索路径

LD_LIBRARY_PATH 环境变量：指定程序动态链接库文件搜索路

二. 放松一下

看累了吧，玩下小游戏放松一下吧

游戏名：Mikutap
地址：https://aidn.jp/mikutap/

推荐！一个非常亦可赛艇的小游戏。兼容电脑和手机。

点击 Start，然后用鼠标/手指点击屏幕，或随意按键盘上的任意键。

配上背景音乐非常 Happy，一定要开音乐！

三. GCC 编译器背后的故事

GCC 不是一个人在战斗，GCC 背后其实有一堆战友。

1. GCC编译器背后的工具

1.1 GCC

GCC（GNU C Compiler）是编译工具。本文所要介绍的将 C/C++语言编写的程序转换成为处理器能够执行的二进制代码的过程即由编译器完成。

1.2 Binutils

一组二进制程序处理工具，包括：addr2line、ar、objcopy、objdump、as、ld、 ldd、readelf、 size 等。这一组工具是开发和调试不可缺少的工具，分别简介如下

addr2line：用来将程序地址转换成其所对应的程序源文件及所对应的代码行，也可以得到所对应的函数。该工具将帮助调试器在调试的过程中定位对应的源代码位置。
as：主要用于汇编，有关汇编的详细介绍请参见后文。
ld：主要用于链接，有关链接的详细介绍请参见后文。
ar：主要用于创建静态库。为了便于初学者理解，在此介绍动态库与静态库的概念：
- 如果要将多个 .o 目标文件生成一个库文件，则存在两种类型的库，一种是静态库，另一种是动态库。
- 在 windows 中静态库是以 .lib 为后缀的文件，共享库是以 .dll 为后缀的文件。在 linux 中静态库是以 .a 为后缀的文件，共享库是以 .so 为后缀的文件。
- 静态库和动态库的不同点在于代码被载入的时刻不同。静态库的代码在编译过程中已经被载入可执行程序，因此体积较大。共享库的代码是在可执行程序运行时才载入内存的，在编译过程中仅简单的引用，因此代码体积较小。在 Linux 系统中，可以用 ldd 命令查看一个可执行程序依赖的共享库。
- 如果一个系统中存在多个需要同时运行的程序且这些程序之间存在共享库，那么采用动态库的形式将更节省内存。
ldd：可以用于查看一个可执行程序依赖的共享库。
objcopy：将一种对象文件翻译成另一种格式，譬如将.bin 转换成.elf、或者将.elf 转换成.bin 等。
objdump：主要的作用是反汇编。有关反汇编的详细介绍，请参见后文。
readelf：显示有关 ELF 文件的信息，请参见后文了解更多信息。
size：列出可执行文件每个部分的尺寸和总尺寸，代码段、数据段、总大小等，请参见后文了解使用 size

1.3 运行库

C 语言标准主要由两部分组成：一部分描述 C 的语法，另一部分描述 C 标准库。 C 标准库定义了一组标准头文件，每个头文件中包含一些相关的函数、变量、类型声明和宏定义，譬如常见的 printf 函数便是一个 C 标准库函数，其原型定义在 stdio 头文件中。 C 语言标准仅仅定义了 C 标准库函数原型，并没有提供实现。因此，C 语言编译器通常需要一个 C 运行时库（C Run Time Libray，CRT）的支持。C 运行时库又常简称为 C 运行库。与 C 语言类似，C++也定义了自己的标准，同时提供相关支持库，称为 C++运行时库。

2. GCC编译及其分析

2.1 准备工作

由于 GCC 工具链主要是在 Linux 环境中进行使用，因此本文也将以 Linux 系统作为工作环境。为了能够演示编译的整个过程，先创建一个工作目录 test0,然后用文本编辑器生成一个 C 语言编写的简单 Hello.c 程序为示例，其源代码如下所示：

//Hello.c
#include <stdio.h>
//此程序很简单，仅仅打印一个 Hello World 的字符串。
int main(void)
{printf("Hello World! \n");return 0;
}

2.2 编译过程详解

2.2.1 预处理

预处理的过程主要包括以下过程：
1. 将所有的#define 删除，并且展开所有的宏定义，并且处理所有的条件预编译指令，比如#if #ifdef #elif #else #endif 等。
2. 处理#include 预编译指令，将被包含的文件插入到该预编译指令的位置。
3. 删除所有注释“//”和“/* */”。
4. 添加行号和文件标识，以便编译时产生调试用的行号及编译错误警告行号。
5. 保留所有的#pragma 编译器指令，后续编译过程需要使用它们。
使用 gcc 进行预处理的命令如下：

gcc -E hello.c -o hello.i

// 将源文件 hello.c 文件预处理生成 hello.i

// GCC 的选项-E 使 GCC 在进行完预处理后即停止

hello.i 文件可以作为普通文本文件打开进行查看，其代码片段如下所示：

// hello.i 代码片段
extern void funlockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__));
# 868 "/usr/include/stdio.h" 3 4
# 3 "hello.c" 2
# 4 "hello.c"
int main(void)
{printf("Hello World!" "\n");
return 0;
}

2.2.2 编译

编译过程就是对预处理完的文件进行一系列的词法分析，语法分析，语义分析及优化后生成相应的汇编代码。使用 gcc 进行编译的命令如下：

gcc -S hello.i -o hello.s

// 将预处理生成的 hello.i 文件编译生成汇编程序 hello.s

// GCC 的选项-S 使 GCC 在执行完编译后停止，生成汇编程序

上述命令生成的汇编程序 hello.s 的代码片段如下所示，其全部为汇编代码。

// hello.s 代码片段
main:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
movl $.LC0, %edi
call puts
movl $0, %eax
popq %rbp
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc

2.2.3 汇编

汇编过程调用对汇编代码进行处理，生成处理器能识别的指令，保存在后缀为.o 的目标文件中。由于每一个汇编语句几乎都对应一条处理器指令，因此，汇编相对于编译过程比较简单，通过调用 Binutils 中的汇编器 as 根据汇编指令和处理器指令的对照表一一翻译即可。

当程序由多个源代码文件构成时，每个文件都要先完成汇编工作，生成.o 目标文件后，才能进入下一步的链接工作。注意：目标文件已经是最终程序的某一部分了，但是在链接之前还不能执行。

使用 gcc 进行汇编的命令如下：

gcc -c hello.s -o hello.o

// 将编译生成的 hello.s 文件汇编生成目标文件 hello.o

// GCC 的选项-c 使 GCC 在执行完汇编后停止，生成目标文件

或者直接调用 as 进行汇编

as -c hello.s -o hello.o

//使用 Binutils 中的 as 将 hello.s 文件汇编生成目标文件

注意：hello.o 目标文件为 ELF（Executable and Linkable Format）格式的可重定向文件。

2.2.4 链接

链接也分为静态链接和动态链接，其要点如下：

静态链接是指在编译阶段直接把静态库加入到可执行文件中去，这样可执行文件会比较大。链接器将函数的代码从其所在地（不同的目标文件或静态链接库中）拷贝到最终的可执行程序中。为创建可执行文件，链接器必须要完成的主要任务是：符号解析（把目标文件中符号的定义和引用联系起来）和重定位（把符号定义和内存地址对应起来然后修改所有对符号的引用）。
动态链接则是指链接阶段仅仅只加入一些描述信息，而程序执行时再从系统中把相应动态库加载到内存中去。
- 在 Linux 系统中，gcc 编译链接时的动态库搜索路径的顺序通常为：首先从 gcc 命令的参数-L 指定的路径寻找；再从环境变量 LIBRARY_PATH 指定的路径寻址；再从默认路径 /lib、/usr/lib、 /usr/local/lib 寻找。
- 在 Linux 系统中，执行二进制文件时的动态库搜索路径的顺序通常为：首先搜索编译目标代码时指定的动态库搜索路径；再从环境变量 LD_LIBRARY_PATH 指定的路径寻址；再从配置文件/etc/ld.so.conf 中指定的动态库搜索路径；再从默认路径/lib、/usr/lib 寻找。
- 在 Linux 系统中，可以用 ldd 命令查看一个可执行程序依赖的共享库。

由于链接动态库和静态库的路径可能有重合，所以如果在路径中有同名的静态库文件和动态库文件，比如 libtest.a 和 libtest.so，gcc 链接时默认优先选择动态库，会链接 libtest.so，如果要让 gcc 选择链接 libtest.a 则可以指定 gcc 选项-static，该选项会强制使用静态库进行链接。以 Hello World 为例：

如果使用命令“gcc hello.c -o hello”则会使用动态库进行链接，生成的 ELF 可执行文件的大小（使用 Binutils 的 size 命令查看）和链接的动态库（使用 Binutils 的 ldd 命令查看）如下所示：

gcc hello.c -o hello

size hello //使用 size 查看大小

ldd hello //可以看出该可执行文件链接了很多其他动态库，主要是 Linux 的 glibc 动态库

如果使用命令“ gcc -static hello.c -o hello”则会使用静态库进行链接，生成的 ELF 可执行文件的大小（使用 Binutils 的 size 命令查看）和链接的动态库（使用 Binutils 的 ldd 命令查看）如下所示：

gcc -static hello.c -o hello

size hello //使用 size 查看大小 ,可以看出 text 的代码尺寸变得极大

ldd hello // not a dynamic executable 说明没有链接动态库

链接器链接后生成的最终文件为 ELF 格式可执行文件，一个 ELF 可执行文件通常被链接为不同的段，常见的段譬如.text、.data、.rodata、.bss 等段。

3. 分析ELF文件

3.1 ELF 文件的段

ELF 文件格式如下图所示，位于 ELF Header 和 Section Header Table 之间的都是段（Section）。一个典型的 ELF 文件包含下面几个段： .text：已编译程序的指令代码段。

.rodata：ro 代表 read only，即只读数据（譬如常数 const）。
.data：已初始化的 C 程序全局变量和静态局部变量。
.bss：未初始化的 C 程序全局变量和静态局部变量。
.debug：调试符号表，调试器用此段的信息帮助调试。

可以使用 readelf -S 查看其各个 section 的信息如下：

3.2 反汇编 ELF

由于 ELF 文件无法被当做普通文本文件打开，如果希望直接查看一个 ELF 文件包含的指令和数据，需要使用反汇编的方法。使用 objdump -D 对其进行反汇编如下：

objdump -D hello

这里我为了方便查看，使用了 more ，实现一页一页的阅读，不然反汇编的文本实在太多，不易查看。

使用 objdump -S 将其反汇编并且将其 C 语言源代码混合显示

gcc -o hello -g hello.c //要加上-g 选项

objdump -S hello

完结撒花！

GCC常用命令及GCC编译器背后的故事相关推荐

gcc常用命令与gcc编译器背后的故事
目录 1 gcc常用命令 1.1 简介 1.2 简单编译 1.2.1 预处理 1.2.2 编译为汇编代码(Compilation) 1.2.3 汇编(Assembly) 1.2.4 连接(Linkin ...
简单探寻GCC编译器背后的故事
目录一.用gcc生成 .a静态库和 .so动态库 1.编辑生成例子程序 2.将hello.c编译成 .o文件 3.由 .o文件创建静态库 4.在程序中使用静态库 5.由.o 文件创建动态库文件 6. ...
Linux GCC 常用命令
Linux GCC 常用命令与汇编文章目录 Linux GCC 常用命令与汇编 1 .简介 2 .简单编译 2.1 预处理 2.2 编译为汇编代码 2.3 汇编(Assembly) 2.4 连接(L ...
Linux GCC常用命令和ELF文件格式
Linux GCC常用命令和ELF文件格式一.各种工具 (一)GCC编译工具 (二)Binutils (三)C 运行库一. C 语言程序 Hello.c示例 (一)准备工作 (二)编译过程 1.预 ...
GCC常用命令与nasm
目录一.Linux GCC 常用命令简单编译预处理编译为汇编代码(Compilation) 汇编(Assembly) 连接(Linking) 多个程序文件的编译检错库文件链接编译成可执行 ...
linux中gcc是什么指令,Linux gcc常用命令
gcc的编译过程分为四个过程,即预处理(也称预编译,Preprocessing).编译(Compilation).汇编 (Assembly)和连接(Linking). 例如,编译文件test.c,那么 ...
Linux GCC常用命令
目录一.示例一 1.简单编译 1.1预处理 1.2编译为汇编代码 1.3汇编 1.4连接 2.多个程序文件的编译 3检错 4库文件连接二.示例二 1.准备hello.c 2.预处理 3.编译 4. ...
linux 中gcc运行命令,Linux gcc命令的具体使用
01. 命令概述 gcc命令使用GNU推出的基于C/C++的编译器,是开放源代码领域应用最广泛的编译器,具有功能强大,编译代码支持性能优化等特点. gcc是GNU编译器套件(GNU Compiler ...
gcc 常用命令（逐渐完善）
首先适用一个简单的示例程序,如下: //test.c #include <stdio.h> int main(void) {printf("Hello gcc!\n") ...

GCC常用命令及GCC编译器背后的故事