Gcc不是一个人在战斗，Gcc背后编译器工具的了解。

一、GCC 编译器背后的故事

1.GCC

GCC（GNU C Compiler）是编译工具。
GCC的初衷是为GNU操作系统专门编写的一款编译器。GNU系统是彻底的自由软件。GCC原名为GNU C语言编译器（GNU C Compiler），只能处理C语言。但其很快扩展，变得可处理C++，后来又扩展为能够支持更多编程语言
GCC 的意思也只是 GNU C Compiler 而已。经过了这么多年的发展，GCC 已经不仅仅能支持 C 语言；它现在还支持 Ada 语言、C++ 语言、Java 语言、Objective C 语言、Pascal 语言、COBOL 语言，以及支持函数式编程和逻辑编程的 Mercury 语言，等等。而 GCC 也不再单只是 GNU C 语 言编译器的意思了，而是变成了 GNU Compiler Collection 也即是 GNU 编译器家族的意思了。另 一方面，说到 GCC 对于操作系统平台及硬件平台支持，概括起来就是一句话：无所不在。
本文所要介绍的将 C/C++语言编写的程序 转换成为处理器能够执行的二进制代码的过程即由编译器完成。

2.Binutils

一组二进制程序处理工具，包括：addr2line、ar、objcopy、objdump、as、ld、 ldd、readelf、 size 等。这 一组工具 是开发和 调试不可 缺少的工具 ，分别简 介 如下：

(1) 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。
(2) as：主要用于汇编，有关汇编的详细介绍请参见后文。
(3) ld：主要用于链接，有关链接的详细介绍请参见后文。
(4) 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

• 如果 要将 多个 .o 目标 文件 生成 一个 库文 件， 则存 在两 种类 型的 库， 一种 是 静态库，另一种是动态库。
• 在 windows 中 静态 库是 以 .lib 为 后缀 的文 件 ，共 享库 是以 .dll 为 后缀 的 文 件 。 在 linux 中 静 态 库 是 以 .a 为 后 缀 的 文 件 ， 共 享 库 是 以 .so 为 后 缀 的文件。
• 静 态 库 和 动 态 库 的 不 同 点 在 于 代 码 被 载 入 的 时 刻 不 同 。 静 态 库 的 代 码 在 编 译 过 程 中 已 经 被 载 入 可 执 行 程 序 ， 因 此 体 积 较 大 。 共 享 库 的 代 码 是 在 可 执 行 程 序 运 行 时 才 载 入 内 存 的 ， 在 编 译 过 程 中 仅 简 单 的 引 用 ， 因 此 代 码 体 积 较 小 。 在 Linux 系 统 中 ， 可 以 用 ldd 命 令 查 看 一 个 可 执 行 程 序 依 赖 的 共 享 库。
• 如 果 一 个 系 统 中 存 在 多 个 需 要 同 时 运 行 的 程 序 且 这 些 程 序 之 间 存 在 共 享 库，那么采用动态库的形式将更节省内存。

(5) ldd：可以用于查看一个可执行程序依赖的共享库。
(6) 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。
(7) objdump：主要的作用是反汇编。有关反汇编的详细介绍，请参见后文。
(8) readelf：显示有关 ELF 文件的信息，请参见后文了解更多信息。
(9) 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，请参见后文了解使用 size 的具体使用实例。

3.C运行库

1. 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。
2. 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 头文件中。
3. 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。
4. C 运行时库又 常简称为 C 运行库。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。

二、GCC编译五步骤和实例演训

整体步骤及代码

1.准备工作

为了能够 演示编译的整个 过程，先创建一 个工作目录 test0

# mkdir test0
# cd test0

用文本编辑器生成一个 C 语言编写的简单 Hello.c 程序

vim hello.c

#include <stdio.h> 
//此程序很简单，仅仅打印一个 Hello World 的字符串。 
int main(void) 
{ 
printf("Hello World! n"); 
return 0; 
}

2.编译过程

2.1 预处理

预处理的过程主要包括以下过程：

1. 将所有的#define 删除，并且展开所有的宏定义，并且处理所有的条件预编 译指令，比如#if #ifdef #elif#else #endif 等。
2. 处理#include 预编译指令，将被包含的文件插入到该预编译指令的位置。
3. 删除所有注释“//”和“/* */”。
4. 添加行号和文件标识，以便编译时产生调试用的行号及编译错误警告行号。
5. 保留所有的#pragma 编译器指令，后续编译过程需要使用它们。

使用 gcc 进行预处理的命令如下：

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

// 将源文件 hello.c 文件预处理生成 hello.i
// GCC 的选项-E 使 GCC 在进行完预处理后即停止

2.2 编译

编译过程就是对预处理完的文件进行一系列的词法分析，语法分析，语义分析及 优化后生成相应的汇编代码。

使用 gcc 进行编译的命令如下：

# gcc -S hello.i -o hello.s

• // 将预处理生成的 hello.i 文件编译生成汇编程序 hello.s
• // GCC 的选项-S 使 GCC 在执行完编译后停止，生成汇编程序

2.3 汇编

汇编过程调用对汇编代码进行处理，生成处理器能识别的指令，保存在后缀为.o 的目标文件中。
由于每一个汇编语句几乎都对应一条处理器指令，因此，汇编相 对于编译过程比较简单，通过调用 Binutils 中的汇编器 as 根据汇编指令和处理 器指令的对照表一一翻译即可。
当程序由多个源代码文件构成时，每个文件都要先完成汇编工作，生成.o 目标 文件后，才能进入下一步的链接工作。

• 注意：目标文件已经是最终程序的某一部 分了，但是在链接之前还不能执行。

使用 gcc 进行汇编的命令如下：

# gcc -c hello.s -o hello.o

• // 将编译生成的 hello.s 文件汇编生成目标文件 hello.o
• // GCC 的选项-c 使 GCC 在执行完汇编后停止，生成目标文件

2.4 链接

链接也分为静态链接和动态链接，其要点如下：

• (1) 静态链接是指在编译阶段直接把静态库加入到可执行文件中去，这样可执行
  文件会比较大。链接器将函数的代码从其所在地（不同的目标文件或静态链 接库中）拷贝到最终的可执行程序中。为创建可执行文件，链接器必须要完
  成的主要任务是：符号解析（把目标文件中符号的定义和引用联系起来）和 重定位（把符号定义和内存地址对应起来然后修改所有对符号的引用）。
• (2) 动态链接则是指链接阶段仅仅只加入一些描述信息，而程序执行时再从系统 中把相应动态库加载到内存中去。

在 Linux 系 统中，gcc 编 译链 接时 的动 态库 搜索 路径 的 顺序 通常 为：首 先从 gcc 命 令的 参 数-L 指 定的 路径 寻找 ；再 从环 境变 量 LIBRARY_PATH 指 定的 路径 寻址；再 从默 认路 径 /lib、/usr/lib、 /usr/local/lib 寻找 。
在 Linux 系 统中，执 行二 进制 文件 时的 动态 库搜 索路 径的 顺序 通常 为：首 先搜 索编 译目 标 代码 时指 定的 动态 库搜 索路 径；再 从环 境变 量 LD_LIBRARY_PATH 指 定的 路径 寻址；再 从 配置 文件/etc/ld.so.conf 中 指定 的动 态库 搜索 路径 ；再 从默 认路 径/lib、/usr/lib 寻找 。
在 Linux 系统 中， 可以 用 ldd 命令 查看 一个 可执 行程 序依 赖的 共享 库。

由于链接动态库和静态库的路径可能有重合，所以如果在路径中有同名的静态库文件和动 态库文件，比如 libtest.a 和 libtest.so，gcc 链接时默认优先选择动态库，会链接 libtest.so，如果要让 gcc 选择链接 libtest.a 则可以指定 gcc 选项-static，该选项会强 制使用静态库进行链接。
使用动态库进行链接

# gcc hello.c -o hello
./hello

三、ELF文件

1. 目标文件再不同的系统或平台上具有不同的命名格式，在Unix和X86-64 Linux上称为ELF(Executable and Linkable Format, ELF)
2. ELF文件格式提供了两种不同的视角，在汇编器和链接器看来，ELF文件是由Section Header
   Table描述的一系列Section的集合，而执行一个ELF文件时，在加载器（Loader）看来它是由Program Header Table描述的一系列Segment的集合
3. ELF是一类文件类型，而不是特指某一后缀的文件。ELF文件格式，在Linux下主要有如下三种文件：
   可执行文件（.out）
   可重定位文件（.o文件）
   共享目标文件（.so）

1.ELF文件的段

ELF 文件格式如下图所示，位于 ELF Header 和 Section Header Table 之间的都 是段（Section）。一个典型的 ELF 文件包含下面几个段：

.text：已编译程序的指令代码段。
.rodata：ro 代表 read only，即只读数据（譬如常数 const）。
.data：已初始化的 C 程序全局变量和静态局部变量。
.bss：未初始化的 C 程序全局变量和静态局部变量。
.debug：调试符号表，调试器用此段的信息帮助调试

可以使用 readelf -S 查看其各个 section 的信息如下：

# readelf -S hello

2.反汇编ELF

由于 ELF 文件无法被当做普通文本文件打开，如果希望直接查看一个 ELF 文件包 含的指令和数据，需要使用反汇编的方法。
使用 objdump -D 对其进行反汇编如下：

# objdump -D hello

四、Linux GCC 其他常用命令

1.多个程序文件的编译

通常整个程序是由多个源文件组成的，相应地也就形成了多个编译单元，使用 GCC 能够很好地管理 这些编译单元。假设有一个由 test1.c 和 test2.c 两个源文件组成的程序，为了对它们进行编译，并 最终生成可执行程序 test，可以使用下面这条命令：

# gcc test1.c test2.c -o test

如果同时处理的文件不止一个，GCC 仍然会按照预处理、编译和链接的过程依次进行。如果深究起 来，上面这条命令大致相当于依次执行如下三条命令：

# gcc -c test1.c -o test1.o 
# gcc -c test2.c -o test2.o 
# gcc test1.o test2.o -o test

2.检错

# gcc -pedantic illcode.c -o illcode

• -pedantic 编译选项并不能保证被编译程序与 ANSI/ISO C 标准的完全兼容，它仅仅只能用来帮助 Linux 程序员离这个目标越来越近。或者换句话说，-pedantic 选项能够帮助程序员发现一些不符合 ANSI/ISO C标准的代码，但不是全部，事实上只有 ANSI/ISO C 语言标准中要求进行编译器诊断的 那些情况，才有可能被 GCC 发现并提出警告。
• 除了-pedantic 之外，GCC 还有一些其它编译选项也能够产生有用的警告信息。这些选项大多以-W 开头，其中最有价值的当数-Wall了，使用它能够使 GCC 产生尽可能多的警告信息。

# gcc -Wall illcode.c -o illcode

• GCC 给出的警告信息虽然从严格意义上说不能算作错误，但却很可能成为错误的栖身之所。一个优 秀的 Linux程序员应该尽量避免产生警告信息，使自己的代码始终保持标准、健壮的特性。所以将 警告信息当成编码错误来对待，是一种值得赞扬的行为！所以，在编译程序时带上-Werror 选项，那 么 GCC 会在所有产生警告的地方停止编译，迫使程序员对自己的代码进行修改，如下：

# gcc -Werror test.c -o test

3.库文件连接

开发软件时，完全不使用第三方函数库的情况是比较少见的，通常来讲都需要借助许多函数库的支 持才能够完成相应的功能。从程序员的角度看，函数库实际上就是一些头文件（.h）和库文件（so、
或 lib、dll）的集合。。虽然 Linux 下的大多数函数都默认将头文件放到/usr/include/目录下，而库文 件则放到/usr/lib/目录下；Windows 所使用的库文件主要放在 Visual Stido 的目录下的 include 和 lib， 以及系统文件夹下。但也有的时候，我们要用的库不再这些目录下，所以 GCC 在编译时必须用自己 的办法来查找所需要的头文件和库文件。

例如我们的程序 test.c 是在 linux 上使用 c 连接 mysql，这个时候我们需要去 mysql 官网下载 MySQL Connectors 的 C 库，下载下来解压之后，有一个 include 文件夹，里面包含 mysql connectors 的头 文件，还有一个 lib 文件夹，里面包含二进制 so 文件 libmysqlclient.so

其中 inclulde 文件夹的路径是/usr/dev/mysql/include,lib 文件夹是/usr/dev/mysql/lib

3.1 编译成可执行文件

首先我们要进行编译 test.c 为目标文件，这个时候需要执行

# gcc –c –I /usr/dev/mysql/include test.c –o test.o

3.2 链接

最后我们把所有目标文件链接成可执行文件:

# gcc –L /usr/dev/mysql/lib –lmysqlclient test.o –o test

Linux 下的库文件分为两大类分别是动态链接库（通常以.so 结尾）和静态链接库（通常以.a 结尾）， 二者的区别仅在于程序执行时所需的代码是在运行时动态加载的，还是在编译时静态加载的

3.3 强制链接时使用静态链接库

默认情况下， GCC 在链接时优先使用动态链接库，只有当动态链接库不存在时才考虑使用静态链 接库，如果需要的话可以在编译时加上-static 选项，强制使用静态链接库。

在/usr/dev/mysql/lib 目录下有链接时所需要的库文件 libmysqlclient.so 和 libmysqlclient.a，为了让 GCC 在链接时只用到静态链接库，可以使用下面的命令:

# gcc –L /usr/dev/mysql/lib –static –lmysqlclient test.o –o test

静态库链接时搜索路径顺序

1. ld 会去找 GCC 命令中的参数-L
2. 再找 gcc 的环境变量 LIBRARY_PATH
3. 再找内定目录 /lib /usr/lib /usr/local/lib 这是当初 compile gcc 时写在程序内的

动态链接时、执行时搜索路径顺序

1. 编译目标代码时指定的动态库搜索路径
2. 环境变量 LD_LIBRARY_PATH 指定的动态库搜索路径
3. 配置文件/etc/ld.so.conf 中指定的动态库搜索路径
4. 默认的动态库搜索路径/lib
5. 默认的动态库搜索路径/usr/lib

有关环境变量

LIBRARY_PATH 环境变量：指定程序静态链接库文件搜索路径
LD_LIBRARY_PATH 环境变量：指定程序动态链接库文件搜索路径

总结

本文简单介绍了在Linux 系统（Ubuntu环境下）GCC工具的定义和简介，经常使用的一些常用命令及GCC工具编译的详细过程和一个实例演训，还有ELF文件格式的初步了解。

最后

以上就是聪慧篮球为你收集整理的Ubuntu18.04下gcc工具的常用命令，编译详细过程和ELF文件的了解一、GCC 编译器背后的故事二、GCC编译五步骤和实例演训三、ELF文件四、Linux GCC 其他常用命令总结的全部内容，希望文章能够帮你解决Ubuntu18.04下gcc工具的常用命令，编译详细过程和ELF文件的了解一、GCC 编译器背后的故事二、GCC编译五步骤和实例演训三、ELF文件四、Linux GCC 其他常用命令总结所遇到的程序开发问题。

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