GCC常用命令详解
GCC(GNU Compiler Collection)是Linux下最常用的C語言編譯器，是GNU項(xiàng)目中符合ANSI C標(biāo)準(zhǔn)的編譯系統(tǒng),能夠編譯用C、C++和Object C等語言編寫的程序。同時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。
穿插一個玩笑： GNU意思是GNU’s not Unix而非角馬。然而GNU還是一個未拆分的連詞，這其實(shí)是一個源于hacker的幽默：GNU是一個回文游戲，第一個字母G是湊數(shù)的，你當(dāng)然可以叫他做ANU或者BNU。
下面開始。
一．CC編譯程序過程分四個階段
◆ 預(yù)處理（Pre-Processing）
◆ 編譯（Compiling）
◆ 匯編（Assembling）
◆ 鏈接（Linking）
Linux程序員可以根據(jù)自己的需要讓GCC在編譯的任何階段結(jié)束轉(zhuǎn)去檢查或使用編譯器在該階段的輸出信息，或者對最后生成的二進(jìn)制文件進(jìn)行控制，以便通過加入不同數(shù)量和種類的調(diào)試代碼來為今后的調(diào)試做好準(zhǔn)備。如同其他的編譯器，GCC也提供了靈活而強(qiáng)大的代碼優(yōu)化功能，利用它可以生成執(zhí)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，使用它們有助于增強(qiáng)程序的穩(wěn)定性和可移植性。此外，GCC還對標(biāo)準(zhǔn)的C和C++語言進(jìn)行了大量的擴(kuò)展，提高程序的執(zhí)行效率，有助于編譯器進(jìn)行代碼優(yōu)化，能夠減輕編程的工作量。
二．簡單編譯命令
我們以Hello world程序來開始我們的學(xué)習(xí)。代碼如下：
/* hello.c */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf ("Hello world!\n");
return 0;
}
1. 執(zhí)行如下命令：$ gcc -o hello hello.c
運(yùn)行如下 ： $ ./hello
輸出： Hello,world!
2. 我們也可以分步編譯如下：
(1) $ gcc –E hello.c -o hello.i?
//預(yù)處理結(jié)束
//這時候你看一下hello.i ，可以看到插進(jìn)去了很多東西。
(2) $ gcc –S hello.i
//生成匯編代碼后結(jié)束
(3) $ gcc –c hello.c
或者：
$ gcc -c hello.c –o hello.o
或者：
$ gcc -c hello.i -o hello.o
//編譯結(jié)束
//生成 hello.o文件
(4) $ gcc hello.o –o hello.o
或者：
$ gcc –o hello hello.c
//鏈接完畢，生成可執(zhí)行代碼
3. 我們可以把幾個文件一同編譯生成同一個可執(zhí)行文件。
比如：一個工程有main.c foo.c def.c生成foo的可執(zhí)行文件。
編譯命令如下：
$ gcc –c main.c foo.c def.c –o foo
或者：
$ gcc –o foo main.c foo.c def.c
三．庫依賴
函數(shù)庫是一些頭文件（.h）和庫文件（.so或者.a）的集合。Linux下的大多數(shù)函數(shù)都默認(rèn)將頭文件放到/usr/include/目錄下，而庫文件則放到/usr/lib/目錄下，但并非絕對如此。因此GCC設(shè)有添加頭文件和庫文件的編譯選項(xiàng)開關(guān)。
1. 添加頭文件：-I
例如在/home/work/include/目錄下有編譯foo.c所需頭文件def.h，為了讓GCC能找到它們，就需要使用-I選項(xiàng)：
$ gcc foo.c -I /home/work/include/def.h -o foo
2. 添加庫文件：-L
例如在/home/work/lib/目錄下有鏈接所需庫文件libdef.so，為了讓GCC能找到它們，就需要使用-L選項(xiàng)：
$ gcc foo.c –L /home/work/lib –ldef.a –o foo
說明：-l選項(xiàng)指示GCC去連接庫文件libdef.so。Linux下的庫文件命名有一個約定，即庫文件以lib三個字母開頭，因?yàn)樗械膸煳募甲裱@個約定，故在用-l選項(xiàng)指定鏈接的庫文件名時可以省去lib三個字母。
[題外語]?
Linux下的庫文件分為動態(tài)鏈接庫（.so文件）和靜態(tài)鏈接庫（.a文件）。GCC默認(rèn)為動態(tài)庫優(yōu)先，若想在動態(tài)庫和靜態(tài)庫同時存在的時候鏈接靜態(tài)庫需要指明為-static選項(xiàng)。比如上例中如還有一個libdef.a而你想鏈接libdef.a時候命令如下：
$ gcc foo.c –L /home/work/lib –static –ldef.a –o foo
四．代碼優(yōu)化
GCC提供不同程度的代碼優(yōu)化功能。開關(guān)選項(xiàng)是：-On，n取值為0到3。默認(rèn)為1。-O0表示沒有優(yōu)化，而-O3是最高優(yōu)化。優(yōu)化級別越高代碼運(yùn)行越快，但并不是所有代碼都能夠加載最高優(yōu)化，而應(yīng)該視具體情況而定。但一般都使用-O2選項(xiàng)，因?yàn)樗趦?yōu)化長度、編譯時間和代碼大小之間，取得了一個比較理想的平衡點(diǎn)。
以下這段是我摘自別人文章的，說的比較詳細(xì)：
編譯時使用選項(xiàng)-O可以告訴GCC同時減小代碼的長度和執(zhí)行時間，其效果等價于-O1。在這一級別上能夠進(jìn)行的優(yōu)化類型雖然取決于目標(biāo)處理器，但一般都會包括線程跳轉(zhuǎn)(Thread Jump)和延遲退棧(Deferred Stack Pops)兩種優(yōu)化。選項(xiàng)-O2告訴GCC除了完成所有-O1級別的優(yōu)化之外，同時還要進(jìn)行一些額外的調(diào)整工作，如處理器指令調(diào)度等。選項(xiàng)-O3則除了完成所有-O2級別的優(yōu)化之外，還包括循環(huán)展開和其它一些與處理器特性相關(guān)的優(yōu)化工作。通常來說，數(shù)字越大優(yōu)化的等級越高，同時也就意味著程序的運(yùn)行速度越快。
下面通過具體實(shí)例來感受一下GCC的代碼優(yōu)化功能,所用程序如清單3所示。
/* optimize.c */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
double counter;
double result;
double temp;
for (counter = 0;?
counter < 2000.0 * 2000.0 * 2000.0 / 20.0 + 2020;?
counter += (5 - 1) / 4) {
temp = counter / 1979;
result = counter;?
}
printf("Result is %lf\n", result);
return 0;
}
首先不加任何優(yōu)化選項(xiàng)進(jìn)行編譯：
# gcc -Wall optimize.c -o optimize
借助Linux提供的time命令，可以大致統(tǒng)計出該程序在運(yùn)行時所需要的時間：
# time ./optimize
Result is 400002019.000000
real 0m14.942s
user 0m14.940s
sys 0m0.000s
接下去使用優(yōu)化選項(xiàng)來對代碼進(jìn)行優(yōu)化處理：
# gcc -Wall -O optimize.c -o optimize
在同樣的條件下再次測試一下運(yùn)行時間：
# time ./optimize
Result is 400002019.000000
real 0m3.256s
user 0m3.240s
sys 0m0.000s
對比兩次執(zhí)行的輸出結(jié)果不難看出，程序的性能的確得到了很大幅度的改善，由原來的14秒縮短到了3秒。這個例子是專門針對GCC的優(yōu)化功能而設(shè)計的，因此優(yōu)化前后程序的執(zhí)行速度發(fā)生了很大的改變。盡管GCC的代碼優(yōu)化功能非常強(qiáng)大，但作為一名優(yōu)秀的Linux程序員，首先還是要力求能夠手工編寫出高質(zhì)量的代碼。如果編寫的代碼簡短，并且邏輯性強(qiáng)，編譯器就不會做更多的工作，甚至根本用不著優(yōu)化。
優(yōu)化雖然能夠給程序帶來更好的執(zhí)行性能，但在如下一些場合中應(yīng)該避免優(yōu)化代碼：
◆ 程序開發(fā)的時候優(yōu)化等級越高，消耗在編譯上的時間就越長，因此在開發(fā)的時候最好不要使用優(yōu)化選項(xiàng)，只有到軟件發(fā)行或開發(fā)結(jié)束的時候，才考慮對最終生成的代碼進(jìn)行優(yōu)化。
◆ 資源受限的時候一些優(yōu)化選項(xiàng)會增加可執(zhí)行代碼的體積，如果程序在運(yùn)行時能夠申請到的內(nèi)存資源非常緊張（如
一些實(shí)時嵌入式設(shè)備），那就不要對代碼進(jìn)行優(yōu)化，因?yàn)橛蛇@帶來的負(fù)面影響可能會產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。
◆ 跟蹤調(diào)試的時候在對代碼進(jìn)行優(yōu)化的時候，某些代碼可能會被刪除或改寫，或者為了取得更佳的性能而進(jìn)行重組，從而使跟蹤和調(diào)試變得異常困難。
穿插一個玩笑： GNU意思是GNU’s not Unix而非角馬。然而GNU還是一個未拆分的連詞，這其實(shí)是一個源于hacker的幽默：GNU是一個回文游戲，第一個字母G是湊數(shù)的，你當(dāng)然可以叫他做ANU或者BNU。
下面開始。
一．CC編譯程序過程分四個階段
◆ 預(yù)處理（Pre-Processing）
◆ 編譯（Compiling）
◆ 匯編（Assembling）
◆ 鏈接（Linking）
Linux程序員可以根據(jù)自己的需要讓GCC在編譯的任何階段結(jié)束轉(zhuǎn)去檢查或使用編譯器在該階段的輸出信息，或者對最后生成的二進(jìn)制文件進(jìn)行控制，以便通過加入不同數(shù)量和種類的調(diào)試代碼來為今后的調(diào)試做好準(zhǔn)備。如同其他的編譯器，GCC也提供了靈活而強(qiáng)大的代碼優(yōu)化功能，利用它可以生成執(zhí)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，使用它們有助于增強(qiáng)程序的穩(wěn)定性和可移植性。此外，GCC還對標(biāo)準(zhǔn)的C和C++語言進(jìn)行了大量的擴(kuò)展，提高程序的執(zhí)行效率，有助于編譯器進(jìn)行代碼優(yōu)化，能夠減輕編程的工作量。
二．簡單編譯命令
我們以Hello world程序來開始我們的學(xué)習(xí)。代碼如下：
/* hello.c */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf ("Hello world!\n");
return 0;
}
1. 執(zhí)行如下命令：$ gcc -o hello hello.c
運(yùn)行如下 ： $ ./hello
輸出： Hello,world!
2. 我們也可以分步編譯如下：
(1) $ gcc –E hello.c -o hello.i?
//預(yù)處理結(jié)束
//這時候你看一下hello.i ，可以看到插進(jìn)去了很多東西。
(2) $ gcc –S hello.i
//生成匯編代碼后結(jié)束
(3) $ gcc –c hello.c
或者：
$ gcc -c hello.c –o hello.o
或者：
$ gcc -c hello.i -o hello.o
//編譯結(jié)束
//生成 hello.o文件
(4) $ gcc hello.o –o hello.o
或者：
$ gcc –o hello hello.c
//鏈接完畢，生成可執(zhí)行代碼
3. 我們可以把幾個文件一同編譯生成同一個可執(zhí)行文件。
比如：一個工程有main.c foo.c def.c生成foo的可執(zhí)行文件。
編譯命令如下：
$ gcc –c main.c foo.c def.c –o foo
或者：
$ gcc –o foo main.c foo.c def.c
三．庫依賴
函數(shù)庫是一些頭文件（.h）和庫文件（.so或者.a）的集合。Linux下的大多數(shù)函數(shù)都默認(rèn)將頭文件放到/usr/include/目錄下，而庫文件則放到/usr/lib/目錄下，但并非絕對如此。因此GCC設(shè)有添加頭文件和庫文件的編譯選項(xiàng)開關(guān)。
1. 添加頭文件：-I
例如在/home/work/include/目錄下有編譯foo.c所需頭文件def.h，為了讓GCC能找到它們，就需要使用-I選項(xiàng)：
$ gcc foo.c -I /home/work/include/def.h -o foo
2. 添加庫文件：-L
例如在/home/work/lib/目錄下有鏈接所需庫文件libdef.so，為了讓GCC能找到它們，就需要使用-L選項(xiàng)：
$ gcc foo.c –L /home/work/lib –ldef.a –o foo
說明：-l選項(xiàng)指示GCC去連接庫文件libdef.so。Linux下的庫文件命名有一個約定，即庫文件以lib三個字母開頭，因?yàn)樗械膸煳募甲裱@個約定，故在用-l選項(xiàng)指定鏈接的庫文件名時可以省去lib三個字母。
[題外語]?
Linux下的庫文件分為動態(tài)鏈接庫（.so文件）和靜態(tài)鏈接庫（.a文件）。GCC默認(rèn)為動態(tài)庫優(yōu)先，若想在動態(tài)庫和靜態(tài)庫同時存在的時候鏈接靜態(tài)庫需要指明為-static選項(xiàng)。比如上例中如還有一個libdef.a而你想鏈接libdef.a時候命令如下：
$ gcc foo.c –L /home/work/lib –static –ldef.a –o foo
四．代碼優(yōu)化
GCC提供不同程度的代碼優(yōu)化功能。開關(guān)選項(xiàng)是：-On，n取值為0到3。默認(rèn)為1。-O0表示沒有優(yōu)化，而-O3是最高優(yōu)化。優(yōu)化級別越高代碼運(yùn)行越快，但并不是所有代碼都能夠加載最高優(yōu)化，而應(yīng)該視具體情況而定。但一般都使用-O2選項(xiàng)，因?yàn)樗趦?yōu)化長度、編譯時間和代碼大小之間，取得了一個比較理想的平衡點(diǎn)。
以下這段是我摘自別人文章的，說的比較詳細(xì)：
編譯時使用選項(xiàng)-O可以告訴GCC同時減小代碼的長度和執(zhí)行時間，其效果等價于-O1。在這一級別上能夠進(jìn)行的優(yōu)化類型雖然取決于目標(biāo)處理器，但一般都會包括線程跳轉(zhuǎn)(Thread Jump)和延遲退棧(Deferred Stack Pops)兩種優(yōu)化。選項(xiàng)-O2告訴GCC除了完成所有-O1級別的優(yōu)化之外，同時還要進(jìn)行一些額外的調(diào)整工作，如處理器指令調(diào)度等。選項(xiàng)-O3則除了完成所有-O2級別的優(yōu)化之外，還包括循環(huán)展開和其它一些與處理器特性相關(guān)的優(yōu)化工作。通常來說，數(shù)字越大優(yōu)化的等級越高，同時也就意味著程序的運(yùn)行速度越快。
下面通過具體實(shí)例來感受一下GCC的代碼優(yōu)化功能,所用程序如清單3所示。
/* optimize.c */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
double counter;
double result;
double temp;
for (counter = 0;?
counter < 2000.0 * 2000.0 * 2000.0 / 20.0 + 2020;?
counter += (5 - 1) / 4) {
temp = counter / 1979;
result = counter;?
}
printf("Result is %lf\n", result);
return 0;
}
首先不加任何優(yōu)化選項(xiàng)進(jìn)行編譯：
# gcc -Wall optimize.c -o optimize
借助Linux提供的time命令，可以大致統(tǒng)計出該程序在運(yùn)行時所需要的時間：
# time ./optimize
Result is 400002019.000000
real 0m14.942s
user 0m14.940s
sys 0m0.000s
接下去使用優(yōu)化選項(xiàng)來對代碼進(jìn)行優(yōu)化處理：
# gcc -Wall -O optimize.c -o optimize
在同樣的條件下再次測試一下運(yùn)行時間：
# time ./optimize
Result is 400002019.000000
real 0m3.256s
user 0m3.240s
sys 0m0.000s
對比兩次執(zhí)行的輸出結(jié)果不難看出，程序的性能的確得到了很大幅度的改善，由原來的14秒縮短到了3秒。這個例子是專門針對GCC的優(yōu)化功能而設(shè)計的，因此優(yōu)化前后程序的執(zhí)行速度發(fā)生了很大的改變。盡管GCC的代碼優(yōu)化功能非常強(qiáng)大，但作為一名優(yōu)秀的Linux程序員，首先還是要力求能夠手工編寫出高質(zhì)量的代碼。如果編寫的代碼簡短，并且邏輯性強(qiáng)，編譯器就不會做更多的工作，甚至根本用不著優(yōu)化。
優(yōu)化雖然能夠給程序帶來更好的執(zhí)行性能，但在如下一些場合中應(yīng)該避免優(yōu)化代碼：
◆ 程序開發(fā)的時候優(yōu)化等級越高，消耗在編譯上的時間就越長，因此在開發(fā)的時候最好不要使用優(yōu)化選項(xiàng)，只有到軟件發(fā)行或開發(fā)結(jié)束的時候，才考慮對最終生成的代碼進(jìn)行優(yōu)化。
◆ 資源受限的時候一些優(yōu)化選項(xiàng)會增加可執(zhí)行代碼的體積，如果程序在運(yùn)行時能夠申請到的內(nèi)存資源非常緊張（如
一些實(shí)時嵌入式設(shè)備），那就不要對代碼進(jìn)行優(yōu)化，因?yàn)橛蛇@帶來的負(fù)面影響可能會產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。
◆ 跟蹤調(diào)試的時候在對代碼進(jìn)行優(yōu)化的時候，某些代碼可能會被刪除或改寫，或者為了取得更佳的性能而進(jìn)行重組，從而使跟蹤和調(diào)試變得異常困難。
總結(jié)
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