gcc 使用中常用的參數及命令

 1.  執行過程

     雖然我們稱Gcc是C語言的編譯器，但使用gcc由C語言源代碼文件生成可執行文件的過程不僅僅是編譯的過程，而是要經歷四個相互關聯的步驟∶預處理(也稱預編譯，Preprocessing)、編譯(Compilation)、匯編(Assembly)和鏈接(Linking)。

　　 命令gcc

     (1). 首先調用cpp進行預處理，在預處理過程中，對源代碼文件中的文件包含(include)、預編譯語句(如宏定義define等)進行分析。

     (2). 接着調用cc1進行編譯，這個階段根據輸入文件生成以.o為后綴的目標文件。

     (3). 匯編過程是針對匯編語言的步驟，調用as進行工作，一般來講，.S為后綴的匯編語言源代碼文件和匯編、.s為后綴的匯編語言文件經過預編譯和匯編之后都生成以.o為后綴的目標文件。

     (4). 當所有的目標文件都生成之后，gcc就調用ld來完成最后的關鍵性工作，這個階段就是連接。在連接階段，所有的目標文件被安排在可執行程序中的恰當的位置，同時，該程序所調用到的庫函數也從各自所在的檔案庫中連到合適的地方。

 

 基本概念

 

庫有動態與靜態兩種，動態通常用.so為后綴，靜態用.a為后綴。

 

例如：libhello.so libhello.a 為了在同一系統中使用不同版本的庫，可以在庫文件名后加上版本號為后綴,例如： libhello.so.1.0,由於程序連接默認以.so為文件后綴名。所以為了使用這些庫，通常使用建立符號連接的方式。

ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1

ln -s libhello.so.1 libhello.so

 

當要使用靜態的程序庫時，連接器會找出程序所需的函數，然后將它們拷貝到執行文件，由於這種拷貝是完整的，所以一旦連接成功，靜態程序庫也就不再需要了。然 而，對動態庫而言，就不是這樣。動態庫會在執行程序內留下一個標記指明當程序執行時，首先必須載入這個庫。由於動態庫節省空間，linux下進行連接的缺省操作是首先連接動態庫，也就是說，如果同時存在靜態和動態庫，不特別指定的話，將與動態庫相連接。 現在假設有一個叫hello的程序開發包，它提供一個靜態庫libhello.a 一個動態庫libhello.so,一個頭文件hello.h,頭文件中提供sayhello()這個函數 void sayhello(); 另外還有一些說明文檔。

 

這一個典型的程序開發包結構 與動態庫連接 linux默認的就是與動態庫連接，下面這段程序testlib.c使用hello庫中的sayhello()函數

 

#include <>

#include <>

int main()

{

     sayhello();

     return 0;

}

使用如下命令進行編譯 $gcc -c testlib.c -o testlib.o

 

用如下命令連接： $gcc testlib.o -lhello -o testlib

 

連接時要注意，假設libhello.o 和libhello.a都在缺省的庫搜索路徑下/usr/lib下，如果在其它位置要加上-L參數 與與靜態庫連接麻煩一些，主要是參數問題。還是上面的例子：

$gcc testlib.o -o testlib -WI,-Bstatic -lhello

注：這個特別的"-WI，-Bstatic"參數，實際上是傳給了連接器ld。指示它與靜態庫連接，如果系統中只有靜態庫當然就不需要這個參數了。 如果要和多個庫相連接，而每個庫的連接方式不一樣，比如上面的程序既要和libhello進行靜態連接，又要和libbye進行動態連接，其命令應為：

$gcc testlib.o -o testlib -WI,-Bstatic -lhello -WI,-Bdynamic -lbye

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2、動態庫的路徑問題 為了讓執行程序順利找到動態庫，有三種方法：

 

(1)把庫拷貝到/usr/lib和/lib目錄下。

 

(2)在LD_LIBRARY_PATH環境變量中加上庫所在路徑。

例如動態庫libhello.so在/home/ting/lib目錄下，以bash為例，使用命令：

$export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/ting/lib

 

(3) 修改/etc/ld.so.conf文件，把庫所在的路徑加到文件末尾，並執行ldconfig刷新。這樣，加入的目錄下的所有庫文件都可見。

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3、查看庫中的符號

 

有時候可能需要查看一個庫中到底有哪些函數，nm命令可以打印出庫中的涉及到的所有符號。庫既可以是靜態的也可以是動態的。nm列出的符號有很多，常見的有三種：

一種是在庫中被調用，但並沒有在庫中定義(表明需要其他庫支持)，用U表示；

一種是庫中定義的函數，用T表示，這是最常見的；

另外一種是所謂的“弱 態”符號，它們雖然在庫中被定義，但是可能被其他庫中的同名符號覆蓋，用W表示。

例如，假設開發者希望知道上文提到的hello庫中是否定義了 printf():

 

$nm libhello.so |grep printf U

 

其中printf U表示符號printf被引用，但是並沒有在函數內定義，由此可以推斷，要正常使用hello庫，必須有其它庫支持，再使用ldd命令查看hello依賴於哪些庫：

 

$ldd hello libc.so.6=>/lib/libc.so.6(0x400la000) /lib/ld-linux.so.2=>/lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)

從上面的結果可以繼續查看printf最終在哪里被定義，有興趣可以go on

 

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4、生成庫

 

第一步要把源代碼編繹成目標代碼。

以下面的代碼為例，生成上面用到的hello庫：

 

#include <> 

void sayhello()

{

   printf("hello,world ");

}

用gcc編繹該文件，在編繹時可以使用任何全法的編繹參數，例如-g加入調試代碼等： gcc -c hello.c -o hello.o

(1)連接成靜態庫 連接成靜態庫使用ar命令，其實ar是archive的意思

  $ar cqs libhello.a hello.o

(2)連接成動態庫 生成動態庫用gcc來完成，由於可能存在多個版本，因此通常指定版本號：

$gcc -shared -Wl,-soname,libhello.so.1 -o libhello.so.1.0 hello.o

另外再建立兩個符號連接：

$ln -s libhello.so.1.0 libhello.so.1

$ln -s libhello.so.1 libhello.so

這樣一個libhello的動態連接庫就生成了。最重要的是傳gcc -shared 參數使其生成是動態庫而不是普通執行程序。 -Wl 表示后面的參數也就是-soname,libhello.so.1直接傳給連接器ld進行處理。實際上，每一個庫都有一個soname，當連接器發現它正在查找的程序庫中有這樣一個名稱，連接器便會將soname嵌入連結中的二進制文件內，而不是它正在運行的實際文件名，在程序執行期間，程序會查找擁有 soname名字的文件，而不是庫的文件名，換句話說，soname是庫的區分標志。 這樣做的目的主要是允許系統中多個版本的庫文件共存，習慣上在命名庫文件的時候通常與soname相同 libxxxx.so.major.minor 其中，xxxx是庫的名字，major是主版本號，minor 是次版本號

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總結

 

通過對LINUX庫工作的分析，我們已經可以理解程序運行時如何去別的地方尋找“庫”，在下一篇文章中我繼續研究可執行程序的執行過程，這兩天在寫一個服務器上的腳本，快成功了。花在Linux上的時間明顯少了點，等過兩天把這個小程序開發完畢以后馬上轉回正行。

 

三 、 示例

 

在創建函數庫前，我們先來准備舉例用的源程序，並將函數庫的源程序編譯成.o文件。

第1步：編輯得到舉例的程序--hello.h、hello.c和main.c；

hello.h(見程序1)為該函數庫的頭文件。

hello.c(見程序2)是函數庫的源程序，其中包含公用函數hello，該函數將在屏幕上輸出"Hello XXX!"。

main.c(見程序3)為測試庫文件的主程序，在主程序中調用了公用函數hello。

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程序1: hello.h

#ifndef HELLO_H
#define HELLO_H
void hello(const char *name);
#endif //HELLO_H

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程序2: hello.c

#include <stdio.h>
void hello(const char *name)
{
  printf("Hello %s!\n", name);
}

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  程序3: main.c
#include "hello.h"
int main()
{
  hello("everyone");
  return 0;
}

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第2步：將hello.c編譯成.o文件；

無論靜態庫，還是動態庫，都是由.o文件創建的。因此，我們必須將源程序hello.c通過gcc先編譯成.o文件。

在系統提示符下鍵入以下命令得到hello.o文件。

# gcc -c hello.c

#

(注1：本文不介紹各命令使用和其參數功能，若希望詳細了解它們，請參考其他文檔。)

(注2：首字符"#"是系統提示符，不需要鍵入，下文相同。)

我們運行ls命令看看是否生存了hello.o文件。

# ls

hello.c hello.h hello.o main.c

#

(注3：首字符不是"#"為系統運行結果，下文相同。)

在ls命令結果中，我們看到了hello.o文件，本步操作完成。

下面我們先來看看如何創建靜態庫，以及使用它。

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第3步：由.o文件創建靜態庫；

靜態庫文件名的命名規范是以lib為前綴，緊接着跟靜態庫名，擴展名為.a。例如：我們將創建的靜態庫名為myhello，則靜態庫文件名就是libmyhello.a。在創建和使用靜態庫時，需要注意這點。創建靜態庫用ar命令。

在系統提示符下鍵入以下命令將創建靜態庫文件libmyhello.a。

# ar cr libmyhello.a hello.o

#

我們同樣運行ls命令查看結果：

# ls

hello.c hello.h hello.o libmyhello.a main.c

#

ls命令結果中有libmyhello.a。

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第4步：在程序中使用靜態庫；

靜態庫制作完了，如何使用它內部的函數呢？只需要在使用到這些公用函數的源程序中包含這些公用函數的原型聲明，然后在用gcc命令生成目標文件時指明靜態庫名，gcc將會從靜態庫中將公用函數連接到目標文件中。注意，gcc會在靜態庫名前加上前綴lib，然后追加擴展名.a得到的靜態庫文件名來查找靜態庫文件。

在程序3:main.c中，我們包含了靜態庫的頭文件hello.h，然后在主程序main中直接調用公用函數hello。下面先生成目標程序hello，然后運行hello程序看看結果如何。

# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello

# ./hello

Hello everyone!

#

我們刪除靜態庫文件試試公用函數hello是否真的連接到目標文件 hello中了。

# rm libmyhello.a

rm: remove regular file `libmyhello.a'? y

# ./hello

Hello everyone!

#

程序照常運行，靜態庫中的公用函數已經連接到目標文件中了。

我們繼續看看如何在Linux中創建動態庫。我們還是從.o文件開始。

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第5步：由.o文件創建動態庫文件；

動態庫文件名命名規范和靜態庫文件名命名規范類似，也是在動態庫名增加前綴lib，但其文件擴展名為.so。例如：我們將創建的動態庫名為myhello，則動態庫文件名就是libmyhello.so。用gcc來創建動態庫。

在系統提示符下鍵入以下命令得到動態庫文件libmyhello.so。

# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o

#

我們照樣使用ls命令看看動態庫文件是否生成。

# ls

hello.c hello.h hello.o libmyhello.so main.c

#

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第6步：在程序中使用動態庫；

在程序中使用動態庫和使用靜態庫完全一樣，也是在使用到這些公用函數的源程序中包含這些公用函數的原型聲明，然后在用gcc命令生成目標文件時指明動態庫名進行編譯。我們先運行gcc命令生成目標文件，再運行它看看結果。

# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello

# ./hello

./hello: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory

#

哦！出錯了。快看看錯誤提示，原來是找不到動態庫文件libmyhello.so。程序在運行時，會在/usr/lib和/lib等目錄中查找需要的動態庫文件。若找到，則載入動態庫，否則將提示類似上述錯誤而終止程序運行。我們將文件libmyhello.so復制到目錄/usr/lib中，再試試。

# mv libmyhello.so /usr/lib

# ./hello

Hello everyone!

#

成功了。這也進一步說明了動態庫在程序運行時是需要的。

我們回過頭看看，發現使用靜態庫和使用動態庫編譯成目標程序使用的gcc命令完全一樣，那當靜態庫和動態庫同名時，gcc命令會使用哪個庫文件呢？抱着對問題必究到底的心情，來試試看。

先刪除 除.c和.h外的 所有文件，恢復成我們剛剛編輯完舉例程序狀態。

# rm -f hello hello.o /usr/lib/libmyhello.so

# ls

hello.c hello.h main.c

#

在來創建靜態庫文件libmyhello.a和動態庫文件libmyhello.so。

# gcc -c hello.c

# ar cr libmyhello.a hello.o

# gcc -shared -fPCI -o libmyhello.so hello.o

# ls

hello.c hello.h hello.o libmyhello.a libmyhello.so main.c

#

通過上述最后一條ls命令，可以發現靜態庫文件libmyhello.a和動態庫文件libmyhello.so都已經生成，並都在當前目錄中。然后，我們運行gcc命令來使用函數庫myhello生成目標文件hello，並運行程序 hello。

# gcc -o hello main.c -L. -lmyhello

# ./hello

./hello: error while loading shared libraries: libmyhello.so: cannot open shared object file: No such file or directory

#

從程序hello運行的結果中很容易知道，當靜態庫和動態庫同名時， gcc命令將優先使用動態庫。 

 

 

 

參考： 

 1.  gcc     http://baike.baidu.com/view/4848.htm