Linux GCC的使用与开发

为什么要编译程序？
• 高级程序语言(C、 fortran)需要通过编译器的编译处理才能生成可执行文件。脚本语言（ matlab、 shell）只需要通过脚本命令解释器进行命令解析就可以执行。

1、GCC 的使用

• GCC (GNU project C and C++ compiler)
• GCC用于编译c或者C++ 程序， Fortran程序用gfortran或者ifort编译器来编译。
• C/C++程序从开始编码到生成可执行的二进制文件有四步： 1. 预处理； 2.编译； 3.汇编； 4.链接
• 通过设置GCC参数，可以分步骤完成以上四步。或者设置参数一次性完成整个步骤。
• GCC常用选项

选项	含义
`-o file`	将经过GCC处理过的结果存为file，这个结果文件可能是预处理文件、汇编问价、目标文件或者最终的可执行文件。假设被处理的源文件为`source.suffix`，如果这个选项被省略了，那么生成的可执行文件默认名称为`a.out`；目标文件默认名为`source.o`；汇编文件默认名为`source.s`；生成的预处理文件则发送到标准输出设备
`-c`	仅对源文件进行编译，不链接生成可执行文件。在对源文件进行查错时，或只需产生目标文件时可以使用该选项
`-g[gdb]`	在可执行文件中加入调试信息，方便进行程序的调试。如果使用中括号中的选项，表示加入gdb扩展的调试信息，方便使用gdb来进行调试
`-O [0、1、2、3]`	对生成的代码使用优化，中括号中的部分为优化级别，默认的情况为2级优化，0为不进行优化。注意，采用更高级的优化并不一定得到效率更高的代码
`-Dname [=definition]`	将名为name的宏定义为definition，如果中括号中的部分缺省，则宏被定义为1
`-Idir`	在编译源程序时增加一个搜索头文件的额外目录——dir，即include增加一个搜索的额外目录
`-Ldir`	在编译源文件时增加一个搜索文件的额外目录——dir
`-llibrary`	在编译链接文件时增加一个额外的库，库名为library.a
`-w`	禁止所有警告
`-Wwarning`	允许产生warining类型的警告，warning可以是main、unused等很多取值，最常用的是all，表示产生所有警告。如果warning取值为error，其含义是将所有警告作为错误（error），即出现警告就停止编译

GCC的基本使用格式：
gcc [选项] <文件名>

命令	含义
`gcc -E hello.c -o hello.i`	生成预处理文件`hello.i`
`gcc -S hello.c -o hello.s`	生成汇编文件`hello.s`
`gcc -c hello.c -o hello.o`	生成目标文件`hello.o`
`gcc hello.c -o hello`	生成可执行文件`hello`

注意参数大小写！！

2、GCC开发c语言程序

1.单个文件的C语言程序情形
• 利用命令 gcc hello.c –o hello 生成可执行文件hello
• 再利用命令./hello运行该程序。注意程序正确运行的前提是源程序没有错误。
2.多个文件的C语言程序情形
• 多个文件的目录结构如下：
• main_function.c 和 summation.c 在当前目录下
• summation.h在当前目录的下一级目录include下
多个文件的c语言编译运行：

gcc ‐c main_function.c ‐Iinclude ‐o main_function.o
gcc ‐c summation.c ‐Iinclude ‐o summation.o
gcc main_function.o summation.o ‐o main_function
./main_function

也可以将上面这些代码贴到一个.sh脚本中，运行这个脚本，从而实现对多个文件的c语言的编译运行。

• Shell脚本管理不失为一种管理多个C程序编译运行的方法。但是，如果C文件过多，我们如何管理程序编译？
• Linux为我们提供了make工具实现程序的编译。但是，前提是需要我们事先写好Makefile文件。
• 什么是makefile?makefile就是规定
• 程序编译和链接的一整套规则：哪些文件需要先编译，哪些文件需要重新编译，乃至执行操作系统的命令。好处是“自动化编译”。一旦写好makefile，只需要一个make，整个工程就可以实现自动编译，极大地提高软件开发的效率。

Makefile的书写规则：
• 目标:依赖项列表
• (Tab缩进)命令

目标可以是一个目标文件，也可以是一个可执行文件，还可以是一个标签(Label)
依赖项列表就是要生成那个目标所需要的文件或者目标。
Tab缩进就是自文本最左端按一下tab键光标向右移动的距离。这个缩进是必须且唯一的，不能用空格键移动同等距离。
命令就是make需要执行的命令。（如任意的shell命令）

这是一个文件依赖关系，亦即，目标依赖于列表中的文件
目标的生成规则被定义在命令中。如果依赖列表有一个及以上的文件比目标文件新，那么命令部分就会被执行。
这就是makefile的执行规则，也是makefile中最核心的内容。

ok，下面尝试一下将上面的.sh脚本写成makefile：

main_function:main_function.o summation.o
	gcc main_function.o summation.o -o main_function
main_function.o:main_function.c ./include/summation.h
	gcc -c main_function.c -I./include -o main_function.o
summation.0:summation.c ./include/summation.h
	gcc -c summation.c -I./include -o summation.o
clean:
	rm -rf *.o

文件依赖关系：
1.可执行文件main_funciton依赖于目标文件main_function.o和summation.o
2.目标文件main_function.o依赖于源程序文件main_function.c和头文件summation.h
3.目标文件summation.o依赖于源程序文件summation.c和头文件summation.h
4.clean目标是个伪目标，类似于Fortran中goto语句用到的标签(Label)。
特别要注意的是gcc， rm命令前的空格是一个tab制表符位置！

从上面可以看到，o文件出现了多次，其文件名也很长，这样表示起来比较费事，所以我们可以用个变量来代替o文件的文件名。例如：

OBJ=main_function.o \ #定义变量OBJ表示o文件，\表示换行符
  summation.o
main_function:$(OBJ) 
	gcc $(OBJ) -o main_function
main_function.o:main_function.c ./include/summation.h
	gcc -c main_function.c -I./include -o main_function.o
summation.0:summation.c ./include/summation.h
	gcc -c summation.c -I./include -o summation.o
clean:
	rm -rf *.o

makefile文件的命名
• 当在终端输入不带参数的make命令时，会
在当前目录下寻找名为GNUmakefile、makefile、 Makefile，进行编译连接生成可执行文件
• 当makefile文件是其他名称时，如makefile1
• 则需要在终端输入带参数的make命令：make ‐f makefile1

静态链接库(static library)
• 静态库在链接阶段被链接，所生成的可执行文件就不受库的影响，删除库文件，程序依然可以执行。

ar ‐r libhello.a hello.o

• 静态库约定命名libXXX.a
gcc ‐c hello.c 生成目标文件hello.o
ar ‐r libhello.a hello.o 创建静态链接文件libhello.a
gcc ‐o test test.c ‐L. –lhello 编译链接文件test
./test 执行可执行文件
删除库文件libhello.a后 ./test仍可执行

动态链接库(dynamic library)
• 动态库是在程序运行时被链接.删除动态链接库，编译链接通过的程序将不能运行.
• gcc ‐shared hello.c ‐o libhello.so
• 动态库直接从源文件创建
• 动态库约定命名libXXX.so
• 删除动态库，程序无法运行

3、程序调试

程序调试分为静态调试和动态调试
• 静态调试涉及编译时源程序中的语法错误
• 动态调试涉及程序运行时由于程序算法或流程涉及错误所致的错误，如死循环
若成功生成了了可执行文件，则可使用gdb进行动态调试：

gdb ./newtest
l        #list 显示源代码
break 4  #第4行设置断点
r        #run  运行源代码，将在有break 的地方停下来
n        #next 执行到下一行
p var    #打印变量var的值
Ctrl+z/c #退出gdb，修改c文件

4、例子

快捷使用：

gcc hello.c -o hello     #c程序
g++ hello.cpp -o hello   #c++程序

下面提供一个gcc编译运行多个文件的例子：
文件结构：当前目录有俩c文件：main.c、summation.c，当前目录有个子目录叫include，里面有个h文件：summation.h

1. 文件内容

各个文件内容如下所示：
main.c

#include "stdio.h"
#include "summation.h"

int main()
{
    
    
	double a=1.0;
	double b=2.0;
	double c;
	c=summation(a,b);
	printf("a=%5.1f, b=%5.1f, a+b=%5.1f\n",a,b,c);
}

summation.c

#include "summation.h"
double summation(double a, double b)
{
    
    
	double c;
	c=a+b;
	return c;
}

summation.h

double summation(double a, double b);

2. 调试运行

main.sh
创建运行 main.sh 的步骤：

vi main.sh
chmod +x main.sh
./main.sh

main.sh的内容：

#!/bin/bash
gcc -c main.c -Iinclude -o main.o
gcc -c summation.c -Iinclude -o summation.o
gcc main.o summation.o -o main
./main

上面是搞到一个.sh文件中的，也可以将上面.sh文件中的内容逐行复制粘贴到shell里面运行。
makefile

main:main.o summation.o
	gcc main.o summation.o -o main
main.o:main.c ./include/summation.h
	gcc -c main.c -I./include -o main.o
summation.o:summation.c ./include/summation.h
	gcc -c summation.c -I./include -o summation.o
clean:
	rm -rf *.o

运行步骤：

make  #编译运行，直接出结果
make clean  #删除所有o文件

懒人变量版makefile

mc=main.c
mo=mian.o 
sc=summation.c
so=summation.o 
sh=summation.h
shp=./include/$(sh)
main:$(mo) $(so)
	gcc $(mo) $(so) -o main
$(mo):$(mc) $(shp)
	gcc -c $(mc) -I./include -o $(mo)
$(so):$(sc) $(shp)
	gcc -c $(sc) -I./include -o $(so)
clean:
	rm -rf *.o