1. 什么是gcc
gcc的全稱是GNU Compiler Collection，它是一個能夠編譯多種語言的編譯器。最開始gcc是作為C語言的編譯器（GNU C Compiler），現在除了c語言，還支持C++、java、Pascal等語言。gcc支持多種硬件平台。
2. gcc的特點
- gcc是一個可移植的編譯器，支持多種硬件平台。例如ARM、X86等等。
- gcc不僅是個本地編譯器，它還能跨平台交叉編譯。所謂的本地編譯器，是指編譯出來的程序只能夠在本地環境進行運行。而gcc編譯出來的程序能夠在其他平台進行運行。例如嵌入式程序可在x86上編譯，然后在arm上運行。
- gcc有多種語言前端，用於解析不同的語言。
- gcc是按模塊化設計的，可以加入新語言和新CPU架構的支持。
- gcc是自由軟件。任何人都可以使用或更改這個軟件。
3. gcc編譯程序的過程
gcc編譯程序主要經過四個過程：
- 預處理（Pre-Processing）
- 編譯 （Compiling）
- 匯編 （Assembling）
- 鏈接 （Linking）
預處理實際上是將頭文件、宏進行展開。編譯階段，gcc調用不同語言的編譯器，例如c語言調用編譯器ccl。gcc實際上是個工具鏈，在編譯程序的過程中調用不同的工具。匯編階段，gcc調用匯編器進行匯編。鏈接過程會將程序所需要的目標文件進行鏈接成可執行文件。匯編器生成的是可重定位的目標文件，學過操作系統，我們知道，在源程序中地址是從0開始的，這是一個相對地址，而程序真正在內存中運行時的地址肯定不是從0開始的，而且在編寫源代碼的時候也不能知道程序的絕對地址，所以重定位能夠將源代碼的代碼、變量等定位為內存具體地址。下面以一張圖來表示這個過程，注意過程中文件的后綴變化，編譯選項和這些后綴有關。
這是GCC編譯的四個步驟。
4. gcc常用選項
來看一下gcc常用選項
| 選項名 | 作用 |
|---|---|
| -o | 產生目標（.i、.s、.o、可執行文件等） |
| -E | 只運行C預編譯器 |
| -S | 告訴編譯器產生匯編程序文件后停止編譯，產生的匯編語言文件拓展名為.s |
| -c | 通知gcc取消連接步驟，即編譯源碼，並在最后生成目標文件 |
| -Wall | 使gcc對源文件的代碼有問題的地方發出警告 |
| -Idir | 將dir目錄加入搜索頭文件的目錄路徑 |
| -Ldir | 將dir目錄加入搜索庫的目錄路徑 |
| -llib | 連接lib庫 |
| -g | 在目標文件中嵌入調試信息，以便gdb之類的調試程序調試 |
現在我們有源文件hello.c，下面是一些gcc的使用示例：
gcc -E hello.c -o hello.i 對hello.c文件進行預處理，生成了hello.i 文件
gcc -S hello.i -o hello.s 對預處理文件進行編譯，生成了匯編文件
gcc -c hello.s -o hello.o 對匯編文件進行編譯，生成了目標文件
gcc hello.o -o hello 對目標文件進行鏈接，生成可執行文件
gcc hello.c -o hello 直接編譯鏈接成可執行目標文件
gcc -c hello.c 或 gcc -c hello.c -o hello.o 編譯生成可重定位目標文件
使用gcc時可以加上-Wall選項。下面這個例子如果不加上-Wall選項，編譯器不會報出任何錯誤或警告，但是程序的結果卻不是預期的：
//bad.c
#include<stdio.h>
int main() {
printf("the number is %f ",5); //程序輸出了the number is 0.000000，結果錯誤
return 0;
}
使用-Wall選項：
gcc -Wall bad.c -o bad
gcc將輸出警告信息：
warning: format ‘%f’ expects argument of type ‘double’, but argument 2 has type ‘int’ [-Wformat=]
printf("the number is %f\n",5);
5. gcc編譯多個文件
假設現在有三個文件：hello.c hello.h main.c ,三個文件的內容如下：
// hello.c
#include<stdio.h>
#include"hello.h"
void printHello() {
printf("hello world!\n");
}
//main.c
#include<stdio.h>
#include"hello.h"
int main() {
printHello();
return 0;
}
//hello.h
//僅包含函數聲明
#ifndef _HELLO_
#define _HELLO_
void printHello();
#endif
編譯這三個文件，可以一次編譯：
gcc hello.c main.c -o main 生成可執行文件main
也可以獨立編譯：
gcc -Wall -c main.c -o main.o
gcc -Wall -c hello.c -o hello.o
gcc -Wall main.o hello.o -o main
獨立編譯的好處是，當其中某個模塊發送改變時，只需要編譯該模塊就行，不必重新編譯所有文件，這樣可以節省編譯時間。
6. 使用外部庫
在使用C語言和其他語言進行程序設計的時候，我們需要頭文件來提供對常數的定義和對系統及庫函數調用的聲明。庫文件是一些預先編譯好的函數集合，那些函數都是按照可重用原則編寫的。它們通常由一組互相關聯的可重用原則編寫的，它們通常由一組互相關聯的用來完成某項常見工作的函數構成。使用庫的優點在於：
- 模塊化的開發
- 可重用性
- 可維護性
庫又可以分為靜態庫與動態庫：
-
靜態庫（.a）：程序在編譯鏈接的時候把庫的代碼鏈接到可執行文件中。程序運行的時候將不再需要靜態庫。靜態庫比較占用磁盤空間，而且程序不可以共享靜態庫。運行時也是比較占內存的，因為每個程序都包含了一份靜態庫。
-
動態庫（.so或.sa）：程序在運行的時候才去鏈接共享庫的代碼，多個程序共享使用庫的代碼，這樣就減少了程序的體積。
一般頭文件或庫文件的位置在：
- /usr/include及其子目錄底下的include文件夾
- /usr/local/include及其子目錄底下的include文件夾
- /usr/lib
- /usr/local/lib
- /lib
7. 生成靜態庫
為了生成.a文件，我們需要先生成.o文件。下面這行命令將我們的hello.o打包成靜態庫libhello.a：
ar rcs libhello.a hello.o
ar是gun歸檔工具，rcs表示replace and create，如果libhello之前存在，將創建新的libhello.a並將其替換。
然后就可以這樣來使用靜態庫libhello.a
gcc -Wall main.c libhello.a -o main
還有另外一種使用方式：
gcc -Wall -L. main.c -o main -lhello 【lhello 是 libhello的縮寫】
其中 -L.表示庫文件的位置在當前目錄下，由於libhello.a是我們自己生成的，並存放在當前錄下下，所以需要加上-L.選項。默認庫文件是在系統的目錄下進行搜索。同樣的，-I.選項用於頭文件的搜索。
8. 生成共享庫
生成一個共享庫，名稱的規則是libxxx.so。將剛才hello.o生成libhello.so的命令為：
gcc -shared -fPIC hello.o -o libhello.so
生成了共享庫之后，可以這樣來使用共享庫：
gcc -Wall main.o -o main -L. -lhello
該命令與使用靜態庫的命令相同，但是在共享庫與靜態庫共存的情況下，優先使用共享庫。
共享庫有時候並不不在當前的目錄下，為了讓gcc能夠找得到共享庫，有下面幾種方法：
- 拷貝.so文件到系統共享庫路徑下，一般指/usr/lib
- 在~/.bash_profile文件中，配置LD_LIBRARY_PATH變量
- 配置/etc/ld.so.conf，配置完成后調用ldconfig更新ld.so.cache
其中，shared選項表示生成共享庫格式。fPIC表示產生位置無關碼（position independent code），位置無關碼表示它的運行、加載與內存位置無關，可以在任何內存地址進行加載。
9. 庫的搜索路徑
庫的搜索路徑遵循幾個搜索原則：從左到右搜索-I -l指定的目錄，如果在這些目錄中找不到，那么gcc會從由環境 變量指定的目錄進行查找。頭文件的環境變量是C_INCLUDE_PATH,庫的環境變量是LIBRARY_PATH.如果還是找不到，那么會從系統指定指定的目錄進行搜索。