GCC工具概念和简单使用

1 GCC编译工具链

GCC编译工具链（toolchain），是指以GCC编译器为核心的一整套工具。它主要包含以下三部分内容：

• gcc-core：即GCC编译器，用于完成预处理和编译过程，把C代码转换成汇编代码。
• Binutils ：除GCC编译器外的一系列小工具包括了链接器ld，汇编器as、目标文件格式查看器readelf等。
• glibc：包含了主要的 C语言标准函数库，C语言中常常使用的打印函数printf、malloc函数就在glibc 库中。

1.1 Binutils工具集

• as：汇编器，把汇编语言代码转换为机器码（目标文件）。
• ld：链接器，把编译生成的多个目标文件组织成最终的可执行程序文件。
• readelf：可用于查看目标文件或可执行程序文件的信息。
• nm ： 可用于查看目标文件中出现的符号。
• objcopy： 可用于目标文件格式转换，如.bin 转换成 .elf 、.elf 转换成 .bin等。
• objdump：可用于查看目标文件的信息，最主要的作用是反汇编。
• size：可用于查看目标文件不同部分的尺寸和总尺寸，例如代码段大小、数据段大小、使用的静态内存、总大小等。

1.2 glibc库

glibc库是GNU组织为GNU系统以及Linux系统编写的C语言标准库，因为绝大部分C程序都依赖该函数库，该文件甚至会直接影响到系统的正常运行，例如常用的文件操作函数read、write、open，打印函数printf、动态内存申请函数malloc等。

2 实践

2.1 编写HelloWorld文件

#include <stdio.h>
 int main() 
 {
     printf("hello, world! \n");
     for(int i=0;i<10;i++ ){
         printf("output i=%d\n",i);
     }
     return 0;
 }

2.2 编译并执行

Ubuntu默认安装GCC编译工具链，写好程序后可以直接进行编译，执行以下命令

# 在Ubantu的hello_c目录下执行如下命令
 gcc hello.c –o hello #使用gcc把hello.c编译成hello程序
 ​
 ls        #查看目录下的文件
 ./hello   #执行生成的hello程序
 ​
 # 若提示权限不够或不是可执行文件，执行如下命令再运行hello程序
 chmod u+x hello #给hello文件添加可执行权限

3 具体过程

GCC 编译工具链在编译一个C源文件时需要经过以下 4 步：

• 预处理：为把头文件的代码、宏之类的内容转换成生成的.i文件，还是C代码。
• 编译：把预处理后的.i文件通过编译成.s文件，汇编语言。
• 汇编：将汇编语言文件生成目标文件.o文件，机器码。
• 链接：将每个源文件对应的.o文件链接起来，就生成一个可执行程序文件。

3.1 预处理阶段

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)进行展开，生成 .i 文件。 可理解为把头文件的代码、宏之类的内容转换成更纯粹的C代码，不过生成的文件以.i为后缀。

gcc –E hello.c –o hello.i

3.2 编译阶段

把预处理后的.i文件通过编译成为汇编语言，生成.s文件，即把代码从C语言转换成汇编语言，这是GCC编译器完成的工作。在这个过程，GCC会检查各个源文件的语法，即使我们调用了一个没有定义的函数，也不会报错。

GCC可以使用-S选项，让编译程序生成汇编语言的代码文件（.s后缀）。

# 编译，可理解为把C代码转换为汇编代码，把*.i转换得到*.s文件
gcc –S hello.i –o hello.s
​
# 也可以直接以C文件作为输入进行编译，与上面的命令是等价的
gcc –S hello.c –o hello.s

3.3 汇编阶段

将汇编语言文件经过汇编，生成目标文件.o文件，每一个源文件都对应一个目标文件。即把汇编语言的代码转换成机器码，这是as汇编器完成的工作。

GCC的参数“c”表示只编译(compile)源文件但不链接，会将源程序编译成目标文件（.o后缀）。计算机只认识0或者1，不懂得C语言，也不懂得汇编语言，经过编译汇编之后，生成的目标文件包含着机器代码，这部分代码就可以直接被计算机执行。一般情况下，可以直接使用参数“c”，跳过上述的两个过程，具体命令 如下：

# 汇编，可理解为把汇编代码转换为机器码，把*.s转换得到*.o，即目标文件
gcc –c hello.s –o hello.o
​
# 也可以直接以C文件作为输入进行汇编，与上面的命令是等价的
gcc –c hello.c –o hello.o

3.4 链接阶段

最后将每个源文件对应的目标.o文件链接起来，就生成一个可执行程序文件，这是链接器ld完成的工作。
这里分为动态链接和静态链接。

• 动态链接：GCC编译时的默认选项。动态是指在应用程序运行时才去加载外部的代码库，不同的程序可以共用代码库。 所以动态链接生成的程序比较小，占用较少的内存。
• 静态链接：链接时使用选项 “–static”，它在编译阶段就会把所有用到的库打包到自己的可执行程序中。 所以静态链接的优点是具有较好的兼容性，不依赖外部环境，但是生成的程序比较大。

  # 在hello.o所在的目录执行如下命令 # 动态链接，生成名为hello的可执行文件 ​ gcc hello.o –o hello ​ # 也可以直接使用C文件一步生成，与上面的命令等价 gcc hello.c -o hello ​ # 静态链接，使用--static参数，生成名为hello_static的可执行文件 gcc hello.o –o hello_static --static ​ # 也可以直接使用C文件一步生成，与上面的命令等价 gcc hello.c -o hello_static --static

4 end

gcc的更多指令可以根据gcc --help或google查找。