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《C 语言编程 — GCC 工具链》
《C 语言编程 — 程序的编译流程》
《C 语言编程 — 静态库、动态库和共享库》
《C 语言编程 — 程序的装载与运行》
《计算机组成原理 — 指令系统》
《C 语言编程 — 结构化程序流的汇编代码与 CPU 指令集》

GCC 工具链

GCC 工具链软件包括 GCC、Binutils、C 运行库等。

GCC 编译器

GCC（GNU Compiler Collection，GNU 编译器套件）是 Linux 下使用最广泛的 C/C++ 编译器。GCC 是以 GPL 许可证所发行的自由软件，也是 GNU 计划的关键部分。GCC 的初衷是为 GNU 操作系统专门编写一款编译器，现已被大多数类 Unix 操作系统，如：Linux、BSD、Mac OS X 等采纳为标准的编译器。GCC 支持多种计算机体系结构芯片，如 x86、ARM、MIPS 等，并已被移植到其他多种硬件平台。

GCC 仅仅是一个编译器，没有界面，必须在命令行模式下使用。通过 gcc 命令就可以将源文件编译成可执行文件。

上述示例通过 gcc 命令一次性完成编译和链接的整个过程，这样最方便。但实际上，gcc 命令也可以将编译和链接分开，每次只完成一项任务：

编译（Compiler）：就将 hello.c 编译为 hello.o，一个源文件只会生成一个目标文件，默认的目标文件名字和源文件名字是一样的。

gcc -c hello.c

链接（Linker）：在 gcc 命令后面紧跟目标文件的名字，就可以将目标文件链接成为可执行文件。

gcc hello.o

GCC 的常用指令选项

-c：只编译，不链接成为可执行文件，通常用于编译不包含主程序的子程序文件。
-o <output_filename>：确定输出文件的名称，默认为 XXX.out。
-g：产生 GDB 符号调试工具所必要的符号信息，要对源代码进行调试，就必须加入这个选项。
-O：对程序进行优化编译、链接，采用这个选项，整个源代码会在编译、链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、链接的速度就相应地要慢一些。
-O2：比 -O 更好的优化编译、链接，当然整个编译、链接过程也会更慢。
-I <dirname>，将 dirname 指向的目录加入到 C 程序的头文件目录列表中，是在预处理过程中使用的参数。C 程序中的头文件包含两种情况∶
- #include <myinc.h>：预处理程序 cpp 在系统预设包含文件目录（e.g. /usr/include）中搜寻相应的文件。
- #include "myinc.h"：预处理程序 cpp 在目标文件的文件夹内搜索相应文件。
-v：打印 gcc 执行时的详细过程。

GCC 所遵循的部分约定规则

.c 文件：C 语言源代码文件；
.h 文件：是程序所包含的头文件；
.o 文件：是编译后的目标文件；
.a 文件：是由目标文件构成的档案库文件；
.C、.cc 或 .cxx 文件：是 C++ 源代码文件且必须要经过预处理；
.i 文件：是 C 源代码文件且不应该对其执行预处理；
.ii 文件：是 C++ 源代码文件且不应该对其执行预处理；
.m 文件：是 Objective-C 源代码文件；
.mm 文件：是 Objective-C++ 源代码文件；
.s 文件：是汇编语言源代码文件；
.S 文件：是经过预处理的汇编语言源代码文件。

Binutils

Binutils 一组工具是开发和调试不可缺少的工具，包括：addr2line、ar、objcopy、objdump、as、ld、ldd、readelf、size 等。

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。
ld：主要用于链接。
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：
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。
readelf：显示有关 ELF 文件的信息。
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。

C 运行时库

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.h 头文件中。

实际上，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。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。

Clang 和 LLVM

GCC 目前作为跨平台编译器来说它的兼容性无异是最强大的，但兼容性肯定是以牺牲一定的性能为基础的。我们知道，在整个编译过程中，以中间代码为界，前面的词法分析、语法分析、语义分析等称之为前端处理，而后面的代码优化和目标代码生成称为后端处理。

GCC 作为兼容性最好的编译器，其为不同的高级语言单独写了一个前端，同时也为不同的处理器架构单独写了一个后端。你可以下载一份 GCC 源代码，通过配置 configure 来生成自己需要的编译器类型。但实际上这件事情并不容易，因为前端的主要功能是产生一个可供后端处理的抽象语法树，而语法树的结构实际上很难与处理器架构脱钩，这些都是编译器应用中需要解决的问题。

苹果为了能够针对自家的 Objective-C 编程语言提高编译性能，因此为 MAC 系统开发了一套专用的编译器软件 Clang 和 LLVM。自 XCode4 之后，苹果的默认编译器已经是 LLVM 了。

Clang 作为编译器前端：目的是输出代码对应的抽象语法树（Abstract Syntax Tree, AST），并将代码编译成 LLVM Bit Code。
LLVM 作为编译器后端：将 LLVM Bit Code 编译成平台相关（e.g. x86、ARM）的机器语言。

Clang 生成的 AST 所耗用掉的内存仅仅是 GCC 的 20% 左右。测试证明 Clang 编译 Objective-C 代码时，速度为 GCC 的 3 倍，还能针对用户发生的编译错误准确地给出建议。

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