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GCC精彩之旅

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在為Linux開發應用程序時，絕大多數情況下使用的都是C語言，因此幾乎每一位Linux程序員面臨的首要問題都是如何靈活運用C編譯器。目前Linux下最常用的C語言編譯器是GCC（GNU Compiler Collection），它是GNU項目中符合ANSI C標准的編譯系統，能夠編譯用C、C++和Object C等語言編寫的程序。GCC不僅功能非常強大，結構也異常靈活。最值得稱道的一點就是它可以通過不同的前端模塊來支持各種語言，如Java、Fortran、Pascal、Modula-3和Ada等。

開放、自由和靈活是Linux的魅力所在，而這一點在GCC上的體現就是程序員通過它能夠更好地控制整個編譯過程。在使用GCC編譯程序時，編譯過程可以被細分為四個階段：

◆ 預處理（Pre-Processing）

◆ 編譯（Compiling）

◆ 匯編（Assembling）

◆ 鏈接（Linking）

Linux程序員可以根據自己的需要讓GCC在編譯的任何階段結束，以便檢查或使用編譯器在該階段的輸出信息，或者對最後生成的二進制文件進行控制，以便通過加入不同數量和種類的調試代碼來為今後的調試做好准備。和其它常用的編譯器一樣，GCC也提供了靈活而強大的代碼優化功能，利用它可以生成執行效率更高的代碼。

GCC提供了30多條警告信息和三個警告級別，使用它們有助於增強程序的穩定性和可移植性。此外，GCC還對標准的C和C++語言進行了大量的擴展，提高程序的執行效率，有助於編譯器進行代碼優化，能夠減輕編程的工作量。

GCC起步

在學習使用GCC之前，下面的這個例子能夠幫助用戶迅速理解GCC的工作原理，並將其立即運用到實際的項目開發中去。首先用熟悉的編輯器輸入清單1所示的代碼：

清單1：hello.c

#include <stdio.h>
int main(void)
{
	printf ("Hello world, Linux programming!n");
	return 0;
}

然後執行下面的命令編譯和運行這段程序：

# gcc hello.c -o hello
# ./hello
Hello world, Linux programming!

從程序員的角度看，只需簡單地執行一條GCC命令就可以了，但從編譯器的角度來看，卻需要完成一系列非常繁雜的工作。首先，GCC需要調用預處理程序cpp，由它負責展開在源文件中定義的宏，並向其中插入“#include”語句所包含的內容；接著，GCC會調用ccl和as將處理後的源代碼編譯成目標代碼；最後，GCC會調用鏈接程序ld，把生成的目標代碼鏈接成一個可執行程序。

為了更好地理解GCC的工作過程，可以把上述編譯過程分成幾個步驟單獨進行，並觀察每步的運行結果。第一步是進行預編譯，使用-E參數可以讓GCC在預處理結束後停止編譯過程：

#  gcc -E hello.c -o hello.i

此時若查看hello.cpp文件中的內容，會發現stdio.h的內容確實都插到文件裡去了，而其它應當被預處理的宏定義也都做了相應的處理。下一步是將hello.i編譯為目標代碼，這可以通過使用-c參數來完成：

#  gcc -c hello.i -o hello.o

GCC默認將.i文件看成是預處理後的C語言源代碼，因此上述命令將自動跳過預處理步驟而開始執行編譯過程，也可以使用-x參數讓GCC從指定的步驟開始編譯。最後一步是將生成的目標文件鏈接成可執行文件：

#  gcc hello.o -o hello

在采用模塊化的設計思想進行軟件開發時，通常整個程序是由多個源文件組成的，相應地也就形成了多個編譯單元，使用GCC能夠很好地管理這些編譯單元。假設有一個由foo1.c和foo2.c兩個源文件組成的程序，為了對它們進行編譯，並最終生成可執行程序foo，可以使用下面這條命令：

#  gcc foo1.c foo2.c -o foo

如果同時處理的文件不止一個，GCC仍然會按照預處理、編譯和鏈接的過程依次進行。如果深究起來，上面這條命令大致相當於依次執行如下三條命令：

# gcc -c foo1.c -o foo1.o
# gcc -c foo2.c -o foo2.o
# gcc foo1.o foo2.o -o foo

在編譯一個包含許多源文件的工程時，若只用一條GCC命令來完成編譯是非常浪費時間的。假設項目中有100個源文件需要編譯，並且每個源文件中都包含10000行代碼，如果像上面那樣僅用一條GCC命令來完成編譯工作，那麼GCC需要將每個源文件都重新編譯一遍，然後再全部連接起來。很顯然，這樣浪費的時間相當多，尤其是當用戶只是修改了其中某一個文件的時候，完全沒有必要將每個文件都重新編譯一遍，因為很多已經生成的目標文件是不會改變的。要解決這個問題，關鍵是要靈活運用GCC，同時還要借助像Make這樣的工具。

警告提示功能

GCC包含完整的出錯檢查和警告提示功能，它們可以幫助Linux程序員寫出更加專業和優美的代碼。先來讀讀清單2所示的程序，這段代碼寫得很糟糕，仔細檢查一下不難挑出很多毛病：

◆main函數的返回值被聲明為void，但實際上應該是int；

◆使用了GNU語法擴展，即使用long long來聲明64位整數，不符合ANSI/ISO C語言標准；

◆main函數在終止前沒有調用return語句。

清單2：illcode.c

#include <stdio.h>
void main(void)
{
  long long int var = 1;
  printf("It is not standard C code!n");
}

下面來看看GCC是如何幫助程序員來發現這些錯誤的。當GCC在編譯不符合ANSI/ISO C語言標准的源代碼時，如果加上了-pedantic選項，那麼使用了擴展語法的地方將產生相應的警告信息：

# gcc -pedantic illcode.c -o illcode
illcode.c: In function `main':
illcode.c:9: ISO C89 does not support `long long'
illcode.c:8: return type of `main' is not `int'

需要注意的是，-pedantic編譯選項並不能保證被編譯程序與ANSI/ISO C標准的完全兼容，它僅僅只能用來幫助Linux程序員離這個目標越來越近。或者換句話說，-pedantic選項能夠幫助程序員發現一些不符合ANSI/ISO C標准的代碼，但不是全部，事實上只有ANSI/ISO C語言標准中要求進行編譯器診斷的那些情況，才有可能被GCC發現並提出警告。

除了-pedantic之外，GCC還有一些其它編譯選項也能夠產生有用的警告信息。這些選項大多以-W開頭，其中最有價值的當數-Wall了，使用它能夠使GCC產生盡可能多的警告信息：

# gcc -Wall illcode.c -o illcode
illcode.c:8: warning: return type of `main' is not `int'
illcode.c: In function `main':
illcode.c:9: warning: unused variable `var'

GCC給出的警告信息雖然從嚴格意義上說不能算作是錯誤，但卻很可能成為錯誤的棲身之所。一個優秀的Linux程序員應該盡量避免產生警告信息，使自己的代碼始終保持簡潔、優美和健壯的特性。

在處理警告方面，另一個常用的編譯選項是-Werror，它要求GCC將所有的警告當成錯誤進行處理，這在使用自動編譯工具（如Make等）時非常有用。如果編譯時帶上-Werror選項，那麼GCC會在所有產生警告的地方停止編譯，迫使程序員對自己的代碼進行修改。只有當相應的警告信息消除時，才可能將編譯過程繼續朝前推進。執行情況如下：

# gcc -Wall -Werror illcode.c -o illcode
cc1: warnings being treated as errors
illcode.c:8: warning: return type of `main' is not `int'
illcode.c: In function `main':
illcode.c:9: warning: unused variable `var'

對Linux程序員來講，GCC給出的警告信息是很有價值的，它們不僅可以幫助程序員寫出更加健壯的程序，而且還是跟蹤和調試程序的有力工具。建議在用GCC編譯源代碼時始終帶上-Wall選項，並把它逐漸培養成為一種習慣，這對找出常見的隱式編程錯誤很有幫助。

庫依賴

在Linux下開發軟件時，完全不使用第三方函數庫的情況是比較少見的，通常來講都需要借助一個或多個函數庫的支持才能夠完成相應的功能。從程序員的角度看，函數庫實際上就是一些頭文件（.h）和庫文件（.so或者.a）的集合。雖然Linux下的大多數函數都默認將頭文件放到/usr/include/目錄下，而庫文件則放到/usr/lib/目錄下，但並不是所有的情況都是這樣。正因如此，GCC在編譯時必須有自己的辦法來查找所需要的頭文件和庫文件。

GCC采用搜索目錄的辦法來查找所需要的文件，-I選項可以向GCC的頭文件搜索路徑中添加新的目錄。例如，如果在/home/xiaowp/include/目錄下有編譯時所需要的頭文件，為了讓GCC能夠順利地找到它們，就可以使用-I選項：

# gcc foo.c -I /home/xiaowp/include -o foo

同樣，如果使用了不在標准位置的庫文件，那麼可以通過-L選項向GCC的庫文件搜索路徑中添加新的目錄。例如，如果在/home/xiaowp/lib/目錄下有鏈接時所需要的庫文件libfoo.so，為了讓GCC能夠順利地找到它，可以使用下面的命令：

# gcc foo.c -L /home/xiaowp/lib -lfoo -o foo

值得好好解釋一下的是-l選項，它指示GCC去連接庫文件li

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