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一、GCC簡介

通常所說的GCC是GUN CompilerCollection的簡稱，除了編譯程式之外，它還含其他相關工具，所以它能把易於人類使用的高階語言編寫的原始碼構建成計算機能夠直接執行的二進位制程式碼。GCC是Linux平臺下最常用的編譯程式，它是Linux平臺編譯器的事實標準。同時，在Linux平臺下的嵌入式開發領域，GCC也是用得最普遍的一種編譯器。GCC之所以被廣泛採用，是因為它能支援各種不同的目標體系結構。例如，它既支援基於宿主的開發（簡單講就是要為某平臺編譯程式，就在該平臺上編譯），也支援交叉編譯（即在A平臺上編譯的程式是供平臺B使用的）。目前，GCC支援的體系結構有四十餘種，常見的有X86系列、Arm、PowerPC等。同時，GCC還能執行在不同的作業系統上，如Linux、Solaris、Windows。

除了上面講的之外，GCC除了支援C語言外，還支援多種其他語言，例如C++、Ada、Java、Objective-C、FORTRAN、Pascal等。

本系列文章中，我們不僅介紹GCC的基本功能，還涉及到一些諸如優化之類的高階功能。另外，我們還考察GCC的一些映像操作工具，如size和objcopy等，這將在後續的文章中加以介紹。

二、程式的編譯過程

對於GUN編譯器來說，程式的編譯要經歷預處理、編譯、彙編、連線四個階段。     

從功能上分，預處理、編譯、彙編是三個不同的階段，但GCC的實際操作上，它可以把這三個步驟合併為一個步驟來執行。下面我們以C語言為例來談一下不同階段的輸入和輸出情況。

在預處理階段，輸入的是C語言的原始檔，通常為*.c。它們通常帶有.h之類標頭檔案的包含檔案。這個階段主要處理原始檔中的#ifdef、#include和#define命令。該階段會生成一箇中間檔案*.i，但實際工作中通常不用專門生成這種檔案，因為基本上用不到；若非要生成這種檔案不可，可以利用下面的示例命令：

gcc -E test.c -o test.i

在編譯階段，輸入的是中間檔案*.i，編譯後生成組合語言檔案*.s 。這個階段對應的GCC命令如下所示：

gcc -S test.i -o test.s

在彙編階段，將輸入的彙編檔案*.s轉換成機器語言*.o。這個階段對應的GCC命令如下所示：

gcc -c test.s -o test.o

最後，在連線階段將輸入的機器程式碼檔案*.s（與其它的機器程式碼檔案和庫檔案）彙集成一個可執行的二進位制程式碼檔案。這一步驟，可以利用下面的示例命令完成：

gcc test.o -o test

上面介紹了GCC編譯過程的四個階段以及相應的命令。下面我們進一步介紹常用的GCC的模式。

三、GCC常用模式

這裡介紹GCC追常用的兩種模式：編譯模式和編譯連線模式。下面以一個例子來說明各種模式的使用方法。為簡單起見，假設我們全部的原始碼都在一個檔案test.c中，要想把這個原始檔直接編譯成可執行程式，可以使用以下命令：

$gcc -o test test.c

這裡test.c是原始檔，生成的可執行程式碼存放在一個名為test 的檔案中（該檔案是機器程式碼並且可執行）。-o 是生成可執行檔案的輸出選項。如果我們只想讓原始檔生成目標檔案（給檔案雖然也是機器程式碼但不可執行），可以使用標記-c ，詳細命令如下所示：

$gcc -c test.c

預設情況下，生成的目標檔案被命名為test.o，但我們也可以為輸出檔案指定名稱，如下所示：

$gcc -c test.c -o mytest.o

上面這條命令將編譯後的目標檔案命名為mytest.o，而不是預設的test.o。

迄今為止，我們談論的程式僅涉及到一個原始檔；現實中，一個程式的原始碼通常包含在多個原始檔之中，這該怎麼辦？沒關係，即使這樣，用GCC處理起來也並不複雜，見下例：該命令將同時編譯三個原始檔，即first.c、second.c和 third.c，然後將它們連線成一個可執行程式，名為test。

$gcc -o test first.c second.c third.c

需要注意的是，要生成可執行程式時，一個程式無論有有一個原始檔還是多個原始檔，所有被編譯和連線的原始檔中必須有且僅有一個main函式，因為main函式是該程式的入口點（換句話說，當系統呼叫該程式時，首先將控制權授予程式的main函式）。但如果僅僅是把原始檔編譯成目標檔案的時候，因為不會進行連線，所以main函式不是必需的。

四、常用選項

許多情況下，標頭檔案和原始檔會單獨存放在不同的目錄中。例如，假設存放原始檔的子目錄名為./src，而包含檔案則放在層次的其他目錄下，如./inc。當我們在./src 目錄下進行編譯工作時，如何告訴GCC到哪裡找標頭檔案呢？方法如下所示：

$gcc test.c -I../inc -o test

上面的命令告訴GCC包含檔案存放在./inc 目錄下，在當前目錄的上一級。如果在編譯時需要的包含檔案存放在多個目錄下，可以使用多個-I 來指定各個目錄：

$gcc test.c -I../inc -I../../inc2 -o test

這裡指出了另一個包含子目錄inc2，較之前目錄它還要在再上兩級才能找到。

另外，我們還可以在編譯命令列中定義符號常量。為此，我們可以簡單的在命令列中使用-D選項即可，如下例所示：

$gcc -D TEST_CONFIGURATION test.c -o test

上面的命令與在原始檔中加入下列命令是等效的：

#define TEST_CONFIGURATION

在編譯命令列中定義符號常量的好處是，不必修改原始檔就能改變由符號常量控制的行為。

五、警告功能

當GCC在編譯過程中檢查出錯誤的話，它就會中止編譯；但檢測到警告時卻能繼續編譯生成可執行程式，因為警告只是針對程式結構的診斷資訊，它不能說明程式一定有錯誤，而是存在風險，或者可能存在錯誤。雖然GCC提供了非常豐富的警告，但前提是你已經啟用了它們，否則它不會報告這些檢測到的警告。

在眾多的警告選項之中，最常用的就是-Wall選項。該選項能發現程式中一系列的常見錯誤警告，該選項用法舉例如下：

$ gcc -Wall test.c -o test

該選項相當於同時使用了下列所有的選項：

◆unused-function：遇到僅宣告過但尚未定義的靜態函式時發出警告。
◆unused-label：遇到宣告過但不使用的標號的警告。
◆unused-parameter：從未用過的函式引數的警告。
◆unused-variable：在本地宣告但從未用過的變數的警告。
◆unused-value：僅計算但從未用過的值得警告。
◆Format：檢查對printf和scanf等函式的呼叫，確認各個引數型別和格式串中的一致。
◆implicit-int：警告沒有規定型別的宣告。
◆implicit-function-：在函式在未經宣告就使用時給予警告。
◆char-subscripts：警告把char型別作為陣列下標。這是常見錯誤，程式設計師經常忘記在某些機器上char有符號。
◆missing-braces：聚合初始化兩邊缺少大括號。
◆Parentheses：在某些情況下如果忽略了括號，編譯器就發出警告。
◆return-type：如果函式定義了返回型別，而預設型別是int型，編譯器就發出警告。同時警告那些不帶返回值的 return語句，如果他們所屬的函式並非void型別。
◆sequence-point：出現可疑的程式碼元素時，發出報警。
◆Switch：如果某條switch語句的引數屬於列舉型別，但是沒有對應的case語句使用列舉元素，編譯器就發出警告（在switch語句中使用default分支能夠防止這個警告）。超出列舉範圍的case語句同樣會導致這個警告。
◆strict-aliasing：對變數別名進行最嚴格的檢查。
◆unknown-pragmas：使用了不允許的#pragma。
◆Uninitialized：在初始化之前就使用自動變數。

需要注意的是，各警告選項既然能使之生效，當然也能使之關閉。比如假設我們想要使用-Wall來啟用個選項，同時又要關閉unused警告，利益通過下面的命令來達到目的：

$ gcc -Wall -Wno-unused test.c -o test

下面是使用-Wall選項的時候沒有生效的一些警告項：

◆cast-align：一旦某個指標型別強制轉換時，會導致目標所需的地址對齊邊界擴充套件，編譯器就發出警告。例如，某些機器上只能在2或4位元組邊界上訪問整數，如果在這種機型上把char *強制轉換成int *型別， 編譯器就發出警告。
◆sign-compare：將有符號型別和無符號型別資料進行比較時發出警告。
◆missing-prototypes ：如果沒有預先宣告函式原形就定義了全域性函式，編譯器就發出警告。即使函式定義自身提供了函式原形也會產生這個警告。這樣做的目的是檢查沒有在標頭檔案中宣告的全域性函式。
◆Packed：當結構體帶有packed屬性但實際並沒有出現緊縮式給出警告。
◆Padded：如果結構體通過充填進行對齊則給出警告。
◆unreachable-code：如果發現從未執行的程式碼時給出警告。
◆Inline：如果某函式不能內嵌（inline），無論是宣告為inline或者是指定了-finline-functions 選項，編譯器都將發出警告。
◆disabled-optimization：當需要太長時間或過多資源而導致不能完成某項優化時給出警告。

上面是使用-Wall選項時沒有生效，但又比較常用的一些警告選項。本文中要介紹的最後一個常用警告選項是-Werror。使用該選項後，GCC發現可疑之處時不會簡單的發出警告就算完事，而是將警告作為一個錯誤而中斷編譯過程。該選項在希望得到高質量程式碼時非常有用。

六、小結

本文介紹了GCC的基本編譯過程和編譯模式，並詳細闡述了GCC的一些常用選項以及警告功能。這些是在利用GCC進行應用程式設計時最基本也最常用的一些內容，我們會在後續文章中繼續介紹GCC的除錯和優化技術。