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3.4 Gcc 编译器
GNU CC(简称为Gcc)是GNU项目中符合ANSI C 标准的编译系统,能够编译用C、C++和Object C等语言编写的程序。Gcc不仅功能强大,而且可以编译如C、C++、Object C、Java、Fortran、Pascal、Modula-3 和Ada 等多种语言,而且Gcc 又是一个交叉平台编译器,它能够在当前CPU平台上为多种不同体系结构的硬件平台开发软件,因此尤其适合在嵌入式领域的开发编译。本章中的示例,除非特别注明,否则均采用Gcc版本为4.0.0。
下表3.6 是Gcc支持编译源文件的后缀及其解释。
表3.6 Gcc所支持后缀名解释
后缀名 所对应的语言             后缀名 所对应的语言
.c C原始程序                 .s/.S  汇编语言原始程序
.C/.cc/.cxx        C++原始程序             .h       预处理文件(头文件)
.m                    Objective-C原始程序  .o       目标文件
.i 已经过预处理的C原始程序              .a/.so     编译后的库文件
.ii 已经过预处理的C++原始程序
3.4.1 Gcc编译流程解析
如本章开头提到的,Gcc的编译流程分为了4个步骤,分别为:
· 预处理(Pre-Processing);
· 编译(Compiling);
· 汇编(Assembling);
· 链接(Linking)。
下面就具体来查看一下Gcc是如何完成4 个步骤的。
首先,有以下hello.c源代码:
#include<stdio.h>
int main()
{
printf("Hello! This is our embedded world!\n");
return 0;
}
(1)预处理阶段
在该阶段,编译器将上述代码中的stdio.h编译进来,并且用户可以使用Gcc的选项“-E”进行查看,该选项的作用是让Gcc在预处理结束后停止编译过程。
注意
Gcc指令的一般格式为:Gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]
其中,目标文件可缺省,Gcc默认生成可执行的文件,命为:编译文件.out
[root@localhost Gcc]# Gcc –E hello.c –o hello.i
在此处,选项“-o”是指目标文件,由表3.6 可知,“.i”文件为已经过预处理的C 原始程序。以下列出了hello.i文件的部分内容:
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;
}
由此可见,Gcc确实进行了预处理,它把“stdio.h”的内容插入到hello.i文件中。
(2)编译阶段
接下来进行的是编译阶段,在这个阶段中,Gcc 首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等,以确定代码的实际要做的工作,在检查无误后,Gcc把代码翻译成汇编语言。用户可以使用“-S”选项来进行查看,该选项只进行编译而不进行汇编,生成汇编代码。
[root@localhost Gcc]# Gcc –S hello.i –o hello.s
以下列出了hello.s的内容,可见Gcc已经将其转化为汇编了,感兴趣的读者可以分析一下这一行简单的C语言小程序是如何用汇编代码实现的。
.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 20050519 (Red Hat 4.0.0-8)"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits
(3)汇编阶段
汇编阶段是把编译阶段生成的“.s”文件转成目标文件,读者在此可使用选项“-c”就可看到汇编代码已转化为“.o”的二进制目标代码了。如下所示:
[root@localhost Gcc]# Gcc –c hello.s –o hello.o
(4)链接阶段
在成功编译之后,就进入了链接阶段。在这里涉及到一个重要的概念:函数库。读者可以重新查看这个小程序,在这个程序中并没有定义“printf”的函数实现,且在预编译中包含进的“stdio.h”中也只有该函数的声明,而没有定义函数的实现,那么,是在哪里实现“printf”函数的呢?最后的答案是:系统把这些函数实现都被做到名为libc.so.6的库文件中去了,在没有特别指定时,Gcc会到系统默认的搜索路径“/usr/lib”下进行查找,也就是链接到libc.so.6库函数中去,这样就能实现函数“printf”了,而这也就是链接的作用。函数库一般分为静态库和动态库两种。静态库是指编译链接时,把库文件的代码全部加入到可执行文件中,因此生成的文件比较大,但在运行时也就不再需要库文件了。其后缀名一般为“.a”。动态库与之相反,在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中,而是在程序执行时由运行时链接文件加载库,这样可以节省系统的开销。动态库一般后缀名为“.so”,如前面所述的libc.so.6就是动态库。Gcc在编译时默认使用动态库。完成了链接之后,Gcc就可以生成可执行文件,如下所示。
[root@localhost Gcc]# Gcc hello.o –o hello
运行该可执行文件,出现正确的结果如下。
[root@localhost Gcc]# ./hello
Hello! This is our embedded world!
3.4.2 Gcc编译选项分析
Gcc 有超过100 个的可用选项,主要包括总体选项、告警和出错选项、优化选项和体系
结构相关选项。以下对每一类中最常用的选项进行讲解。
(1)总体选项
Gcc的总结选项如表3.7 所示,很多在前面的示例中已经有所涉及。
表3.7 Gcc总体选项列表
-c 只是编译不链接,生成目标文件“.o”
-S 只是编译不汇编,生成汇编代码
-E 只进行预编译,不做其他处理
-g 在可执行程序中包含标准调试信息
-o file 把输出文件输出到file里
-v 打印出编译器内部编译各过程的命令行信息和编译器的版本
-I dir 在头文件的搜索路径列表中添加dir目录
-L dir 在库文件的搜索路径列表中添加dir目录
-static 链接静态库
-llibrary 连接名为library的库文件
对于“-c”、“-E”、“-o”、“-S”选项在前一小节中已经讲解了其使用方法,在此主要讲解另外两个非常常用的库依赖选项“-I dir”和“-L dir”。
· “-I dir”
正如上表中所述,“-I dir”选项可以在头文件的搜索路径列表中添加dir 目录。由于Linux中头文件都默认放到了“/usr/include/”目录下,因此,当用户希望添加放置在其他位置的头文件时,就可以通过“-I dir”选项来指定,这样,Gcc就会到相应的位置查找对应的目录。比如在“/root/workplace/Gcc”下有两个文件:
/*hello1.c*/
#include<my.h>
int main()
{
printf("Hello!!\n");
return 0;
}
/*my.h*/
#include<stdio.h>
这样,就可在Gcc命令行中加入“-I”选项:
[root@localhost Gcc] Gcc hello1.c –I /root/workplace/Gcc/ -o hello1
这样,Gcc就能够执行出正确结果。
小知识
在include语句中,“<>”表示在标准路径中搜索头文件,““””表示在本目录中搜索。故在上例中,可把hello1.c的“#include<my.h>”改为“#include “my.h””,就不需要加上“-I”选项了。
· “-L dir”选项“-L dir”的功能与“-I dir”类似,能够在库文件的搜索路径列表中添加dir 目录。
例如有程序hello_sq.c需要用到目录“/root/workplace/Gcc/lib”下的一个动态库libsunq.so,则
只需键入如下命令即可:
[root@localhost Gcc] Gcc hello_sq.c –L /root/workplace/Gcc/lib –lsunq –o hello_sq
需要注意的是,“-I dir”和“-L dir”都只是指定了路径,而没有指定文件,因此不能在路径中包含文件名。
另外值得详细解释一下的是“-l”选项,它指示Gcc去连接库文件libsunq.so。由于在Linux下的库文件命名时有一个规定:必须以l、i、b 3 个字母开头。因此在用-l选项指定链接的库文件名时可以省去l、i、b 3个字母。也就是说Gcc在对“-lsunq”进行处理时,会自动去链接名为libsunq.so的文件。
(2)告警和出错选项
Gcc的告警和出错选项如表3.8 所示。
表3.8 Gcc总体选项列表
选 项 含 义
-ansi 支持符合ANSI标准的C程序
-pedantic 允许发出ANSI C标准所列的全部警告信息
续表
选 项 含 义
-pedantic-error 允许发出ANSI C标准所列的全部错误信息
-w 关闭所有告警
-Wall 允许发出Gcc提供的所有有用的报警信息
-werror 把所有的告警信息转化为错误信息,并在告警发生时终止编译过程
下面结合实例对这几个告警和出错选项进行简单的讲解。
如有以下程序段:
#include<stdio.h>
void main()
{
long long tmp = 1;
printf("This is a bad code!\n");
return 0;
}
这是一个很糟糕的程序,读者可以考虑一下有哪些问题?
· “-ansi”
该选项强制Gcc生成标准语法所要求的告警信息,尽管这还并不能保证所有没有警告的程序都是符合ANSI C标准的。运行结果如下所示:
[root@localhost Gcc]# Gcc –ansi warning.c –o warning
warning.c: 在函数“main”中:
warning.c:7 警告:在无返回值的函数中,“return”带返回值
warning.c:4 警告:“main”的返回类型不是“int”
可以看出,该选项并没有发现“long long”这个无效数据类型的错误。
· “-pedantic”
允许发出ANSI C标准所列的全部警告信息,同样也保证所有没有警告的程序都是符合
ANSI C标准的。其运行结果如下所示:
[root@localhost Gcc]# Gcc –pedantic warning.c –o warning
warning.c: 在函数“main”中:
warning.c:5 警告:ISO C90不支持“long long”
warning.c:7 警告:在无返回值的函数中,“return”带返回值
warning.c:4 警告:“main”的返回类型不是“int”
可以看出,使用该选项查看出了“long long”这个无效数据类型的错误。
· “-Wall”
允许发出Gcc能够提供的所有有用的报警信息。该选项的运行结果如下所示:
[root@localhost Gcc]# Gcc –Wall warning.c –o warning
warning.c:4 警告:“main”的返回类型不是“int”
warning.c: 在函数“main”中:
warning.c:7 警告:在无返回值的函数中,“return”带返回值
warning.c:5 警告:未使用的变量“tmp”
使用“-Wall”选项找出了未使用的变量tmp,但它并没有找出无效数据类型的错误。
另外,Gcc 还可以利用选项对单独的常见错误分别指定警告,有关具体选项的含义感兴
趣的读者可以查看Gcc手册进行学习。
(3)优化选项
Gcc可以对代码进行优化,它通过编译选项“-On”来控制优化代码的生成,其中n是一个代表优化级别的整数。对于不同版本的Gcc 来讲,n 的取值范围及其对应的优化效果可能并不完全相同,比较典型的范围是从0变化到2或3。
不同的优化级别对应不同的优化处理工作。如使用优化选项“-O”主要进行线程跳转(Thread Jump)和延迟退栈(Deferred Stack Pops)两种优化。使用优化选项“-O2”除了完成所有“-O1”级别的优化之外,同时还要进行一些额外的调整工作,如处理器指令调度等。选项“-O3”则还包括循环展开和其他一些与处理器特性相关的优化工作。虽然优化选项可以加速代码的运行速度,但对于调试而言将是一个很大的挑战。因为代码在经过优化之后,原先在源程序中声明和使用的变量很可能不再使用,控制流也可能会突然跳转到意外的地方,循环语句也有可能因为循环展开而变得到处都有,所有这些对调试来讲都将是一场噩梦。所以笔者建议在调试的时候最好不使用任何优化选项,只有当程序在最终发行的时候才考虑对其进行优化。
(4)体系结构相关选项
Gcc的体系结构相关选项如表3.9 所示。
表3.9 Gcc体系结构相关选项列表
选 项 含 义
-mcpu=type 针对不同的CPU使用相应的CPU指令。可选择的type有i386、i486、pentium及i686等
-mieee-fp 使用IEEE标准进行浮点数的比较
-mno-ieee-fp 不使用IEEE标准进行浮点数的比较
-msoft-float 输出包含浮点库调用的目标代码
-mshort 把int类型作为16位处理,相当于short int
-mrtd 强行将函数参数个数固定的函数用ret NUM返回,节省调用函数的一条指令
这些体系结构相关选项在嵌入式的设计中会有较多的应用,读者需根据不同体系结构将
对应的选项进行组合处理。在本书后面涉及到具体实例会有针对性的讲解。
posted on 2014-01-15 15:21 Eric_jiang 阅读(206) 评论(0)  编辑  收藏 所属分类: C 编程

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