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标题: GNU C 编译器的程序员入门指南 [打印本页]

作者: 3AAA 时间: 2022-5-30 18:12
标题: GNU C 编译器的程序员入门指南

带你一窥生成二进制文件步骤的幕后，以便在出现一些错误时，你知道如何逐步解决问题。

C 语言广为人知，深受新老程序员的好评。使用 C 语言编写的源文件代码，使用了标准的英语术语，因而人们可以方便阅读。然而，计算机只能理解二进制代码。为将代码转换为机器语言，你需要使用一种被称为编译器compiler 的工具。

最常见的编译器是 GCC（GNU 编译器集GNU Compiler Collection）。编译过程涉及到一系列的中间步骤及相关工具。

安装 GCC

为验证在你的系统上是否已经安装了 GCC，使用 gcc命令：
$ gcc --version
如有必要，使用你的软件包管理器来安装 GCC。在基于 Fedora 的系统上，使用 dnf：
$ sudo dnf install gcc libgcc
在基于 Debian 的系统上，使用 apt：
$ sudo apt install build-essential
在安装后，如果你想查看 GCC 的安装位置，那么使用：
$ whereis gcc

演示使用 GCC 来编译一个简单的 C 程序

这里有一个简单的 C 程序，用于演示如何使用 GCC 来编译。打开你最喜欢的文本编辑器，并在其中粘贴这段代码：
// hellogcc.c#include
保存文件为 hellogcc.c，接下来编译它：
$ lshellogcc.c$ gcc hellogcc.c$ ls -1a.outhellogcc.c
如你所见，a.out是编译后默认生成的二进制文件。为查看你所新编译的应用程序的输出，只需要运行它，就像你运行任意本地二进制文件一样：
$ ./a.outHello, GCC!

命名输出的文件

文件名称 a.out是非常莫名其妙的，所以，如果你想具体指定可执行文件的名称，你可以使用-o选项：

（LCTT 译注：注意这和最近 Linux 内核废弃的 a.out 格式无关，只是名字相同，这里生成的 a.out 是 ELF 格式的 —— 也不知道谁给起了个 a.out这破名字，在我看来，默认输出文件名就应该是去掉了.c扩展名后的名字。by wxy）
$ gcc -o hellogcc hellogcc.c$ lsa.out hellogcc hellogcc.c$ ./hellogccHello, GCC!
当开发一个需要编译多个 C 源文件文件的大型应用程序时，这种选项是很有用的。

在 GCC 编译中的中间步骤

编译实际上有四个步骤，即使在简单的用例中 GCC 自动执行了这些步骤。

在运行 GCC 时，可以使用 -v选项来查看每一步的细节：
$ gcc -v -o hellogcc hellogcc.c

手动编译代码

体验编译的每个步骤可能是很有用的，因此在一些情况下，你不需要 GCC 完成所有的步骤。

首先，除源文件文件以外，删除在当前文件夹下生成的文件。
$ rm a.out hellogcc.o$ lshellogcc.c

预处理器

首先，启动预处理器，将其输出重定向为 hellogcc.i：
$ cpp hellogcc.c > hellogcc.i$ lshellogcc.c hellogcc.i
查看输出文件，并注意一下预处理器是如何包含头文件和扩展宏中的源文件代码的。

编译器

现在，你可以编译代码为汇编代码。使用 -S选项来设置 GCC 只生成汇编代码：
$ gcc -S hellogcc.i$ lshellogcc.c hellogcc.i hellogcc.s$ cat hellogcc.s
查看汇编代码，来看看生成了什么。

汇编

使用你刚刚所生成的汇编代码来创建一个目标文件：
$ as -o hellogcc.o hellogcc.s$ lshellogcc.c hellogcc.i hellogcc.o hellogcc.s

链接

要生成一个可执行文件，你必须将对象文件链接到它所依赖的库。这并不像前面的步骤那么简单，但它却是有教育意义的：
$ ld -o hellogcc hellogcc.old: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 0000000000401000ld: hellogcc.o: in function `main`:hellogcc.c.text+0xa): undefined reference to `puts'
在链接器查找完 libc.so库后，出现一个引用undefined puts错误。你必须找出适合的链接器选项来链接必要的库以解决这个问题。这不是一个小技巧，它取决于你的系统的布局。

在链接时，你必须链接代码到核心运行时core runtime（CRT）目标，这是一组帮助二进制可执行文件启动的子例程。链接器也需要知道在哪里可以找到重要的系统库，包括 libc和libgcc，尤其是其中的特殊的开始和结束指令。这些指令可以通过--start-group和--end-group选项来分隔，或者使用指向crtbegin.o和crtend.o的路径。

这个示例使用了 RHEL 8 上的路径，因此你可能需要依据你的系统调整路径。
$ ld -dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 \ -o hello \ /usr/lib64/crt1.o /usr/lib64/crti.o \ --start-group \       -L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/8 \       -L/usr/lib64 -L/lib64 hello.o \       -lgcc \       --as-needed -lgcc_s \       --no-as-needed -lc -lgcc \ --end-group \ /usr/lib64/crtn.o
在 Slackware 上，同样的链接过程会使用一组不同的路径，但是，你可以看到这其中的相似之处：
$ ld -static -o hello \ -L/usr/lib64/gcc/x86_64-slackware-linux/11.2.0/ \ /usr/lib64/crt1.o /usr/lib64/crti.o hello.o /usr/lib64/crtn.o \ --start-group \       -lc -lgcc -lgcc_eh \ --end-group
现在，运行由此生成的可执行文件：
$ ./helloHello, GCC!

一些有用的实用程序

下面是一些帮助检查文件类型、符号表symbol tables 和链接到可执行文件的库的实用程序。

使用 file实用程序可以确定文件的类型：
$ file hellogcc.chellogcc.c: C source, ASCII text$ file hellogcc.ohellogcc.o: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), not stripped$ file hellogcchellogcc: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=bb76b241d7d00871806e9fa5e814fee276d5bd1a, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped
对目标文件使用 nm实用程序可以列出符号表symbol tables ：
$ nm hellogcc.o0000000000000000 T main          U puts
使用 ldd实用程序来列出动态链接库：
$ ldd hellogcclinux-vdso.so.1 (0x00007ffe3bdd7000)libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f223395e000)/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f2233b7e000)

总结

在这篇文章中，你了解到了 GCC 编译中的各种中间步骤，和检查文件类型、符号表symbol tables 和链接到可执行文件的库的实用程序。在你下次使用 GCC 时，你将会明白它为你生成一个二进制文件所要做的步骤，并且当出现一些错误时，你会知道如何逐步处理解决问题。

via: https://opensource.com/article/22/5/gnu-c-compiler

作者：Jayashree Huttanagoudar选题：lkxed译者：robsean校对：wxy

本文由 LCTT原创编译，Linux中国荣誉推出

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