GCC命令详解

GCC(GNU Compiler Collection)是Linux下最常用的C语言编译器，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。同时它可以通过不同的前端模块来支持各种语言，如Java、Fortran、Pascal、Modula-3和Ada等。
穿插一个玩笑： GNU意思是GNU’s not Unix而非角马。然而GNU还是一个未拆分的连词，这其实是一个源于hacker的幽默：GNU是一个回文游戏，第一个字母G是凑数的，你当然可以叫他做ANU或者BNU。
下面开始。

一．CC编译程序过程分四个阶段
◆ 预处理（Pre-Processing）
◆ 编译（Compiling）
◆ 汇编（Assembling）
◆ 链接（Linking）

Linux程序员可以根据自己的需要让GCC在编译的任何阶段结束转去检查或使用编译器在该阶段的输出信息，或者对最后生成的二进制文件进行控制，以便通过加入不同数量和种类的调试代码来为今后的调试做好准备。如同其他的编译器，GCC也提供了灵活而强大的代码优化功能，利用它可以生成执行效率更高的代码。
GCC提供了30多条警告信息和三个警告级别，使用它们有助于增强程序的稳定性和可移植性。此外，GCC还对标准的C和C++语言进行了大量的扩展，提高程序的执行效率，有助于编译器进行代码优化，能够减轻编程的工作量。


二．简单编译命令
我们以Hello world程序来开始我们的学习。代码如下：

/* hello.c */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf ("Hello world!\n");
return 0;
}

1. 执行如下命令：$ gcc -o hello hello.c
运行如下 ： $ ./hello
输出： Hello,world!
2. 我们也可以分步编译如下：
(1) $ gcc –E hello.c -o hello.i
//预处理结束
//这时候你看一下hello.i ，可以看到插进去了很多东西。
(2) $ gcc –S hello.i
//生成汇编代码后结束
(3) $ gcc –c hello.c
或者：
$ gcc -c hello.c –o hello.o
或者：
$ gcc -c hello.i -o hello.o
//编译结束
//生成 hello.o文件
(4) $ gcc hello.o –o hello.o
或者：
$ gcc –o hello hello.c
//链接完毕，生成可执行代码

3. 我们可以把几个文件一同编译生成同一个可执行文件。
比如：一个工程有main.c foo.c def.c生成foo的可执行文件。
编译命令如下：
$ gcc –c main.c foo.c def.c –o foo
或者：
$ gcc –o foo main.c foo.c def.c
三．库依赖
函数库是一些头文件（.h）和库文件（.so或者.a）的集合。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，但并非绝对如此。因此GCC设有添加头文件和库文件的编译选项开关。
1. 添加头文件：-I
例如在/home/work/include/目录下有编译foo.c所需头文件def.h，为了让GCC能找到它们，就需要使用-I选项：
$ gcc foo.c -I /home/work/include/def.h -o foo
2. 添加库文件：-L
例如在/home/work/lib/目录下有链接所需库文件libdef.so，为了让GCC能找到它们，就需要使用-L选项：
$ gcc foo.c –L /home/work/lib –ldef.a –o foo
说明：-l选项指示GCC去连接库文件libdef.so。Linux下的库文件命名有一个约定，即库文件以lib三个字母开头，因为所有的库文件都遵循这个约定，故在用-l选项指定链接的库文件名时可以省去lib三个字母。
[题外语]
Linux下的库文件分为动态链接库（.so文件）和静态链接库（.a文件）。GCC默认为动态库优先，若想在动态库和静态库同时存在的时候链接静态库需要指明为-static选项。比如上例中如还有一个libdef.a而你想链接libdef.a时候命令如下：
$ gcc foo.c –L /home/work/lib –static –ldef.a –o foo
四．代码优化
GCC提供不同程度的代码优化功能。开关选项是：-On，n取值为0到3。默认为1。-O0表示没有优化，而-O3是最高优化。优化级别越高代码运行越快，但并不是所有代码都能够加载最高优化，而应该视具体情况而定。但一般都使用-O2选项，因为它在优化长度、编译时间和代码大小之间，取得了一个比较理想的平衡点。
以下这段是我摘自别人文章的，说的比较详细：
编译时使用选项-O可以告诉GCC同时减小代码的长度和执行时间，其效果等价于-O1。在这一级别上能够进行的优化类型虽然取决于目标处理器，但一般都会包括线程跳转(Thread Jump)和延迟退栈(Deferred Stack Pops)两种优化。选项-O2告诉GCC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则除了完成所有-O2级别的优化之外，还包括循环展开和其它一些与处理器特性相关的优化工作。通常来说，数字越大优化的等级越高，同时也就意味着程序的运行速度越快。
下面通过具体实例来感受一下GCC的代码优化功能,所用程序如清单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;
}

首先不加任何优化选项进行编译：
# gcc -Wall optimize.c -o optimize
借助Linux提供的time命令，可以大致统计出该程序在运行时所需要的时间：
# time ./optimize
Result is 400002019.000000
real 0m14.942s
user 0m14.940s
sys 0m0.000s
接下去使用优化选项来对代码进行优化处理：
# gcc -Wall -O optimize.c -o optimize
在同样的条件下再次测试一下运行时间：
# time ./optimize
Result is 400002019.000000
real 0m3.256s
user 0m3.240s
sys 0m0.000s
对比两次执行的输出结果不难看出，程序的性能的确得到了很大幅度的改善，由原来的14秒缩短到了3秒。这个例子是专门针对GCC的优化功能而设计的，因此优化前后程序的执行速度发生了很大的改变。尽管GCC的代码优化功能非常强大，但作为一名优秀的Linux程序员，首先还是要力求能够手工编写出高质量的代码。如果编写的代码简短，并且逻辑性强，编译器就不会做更多的工作，甚至根本用不着优化。
优化虽然能够给程序带来更好的执行性能，但在如下一些场合中应该避免优化代码：
◆ 程序开发的时候优化等级越高，消耗在编译上的时间就越长，因此在开发的时候最好不要使用优化选项，只有到软件发行或开发结束的时候，才考虑对最终生成的代码进行优化。
◆ 资源受限的时候一些优化选项会增加可执行代码的体积，如果程序在运行时能够申请到的内存资源非常紧张（如
一些实时嵌入式设备），那就不要对代码进行优化，因为由这带来的负面影响可能会产生非常严重的后果。
◆ 跟踪调试的时候在对代码进行优化的时候，某些代码可能会被删除或改写，或者为了取得更佳的性能而进行重组，从而使跟踪和调试变得异常困难。