Linux命令-GCC命令（编译器套件，支持C、C++、Fortran等多种编程语言） - 教程

说明

GCC（GNU Compiler Collection）是Linux系统中最核心的开发工具之一，它是一个功能强大的编译器套件，支持C、C++、Fortran等多种编程语言。下面详细介绍GCC的基本用法。

基本使用与编译流程

1. 最简单的编译
   假设有一个名为 hello.c 的C语言源文件，最简单的编译命令如下：

   gcc hello.c

   这条命令会执行上图所示的完整编译流程，并生成一个名为 a.out 的可执行文件。运行它使用 ./a.out。

2. 指定输出文件名
   使用 -o 选项可以指定生成的可执行文件的名称，这比默认的 a.out 要清晰得多：

   gcc hello.c -o hello

   这样就会生成名为 hello 的可执行文件，通过 ./hello 运行 。

分阶段编译

GCC允许在编译过程的任何一个阶段停止，这对于调试或学习编译原理非常有用。

• 仅预处理（-E）
  预处理器会展开头文件、替换宏定义。此阶段生成 .i 文件。

  gcc -E hello.c -o hello.i

• 生成汇编代码（-S）
  编译器将C代码翻译成汇编代码。此阶段生成 .s 文件。

  gcc -S hello.i -o hello.s
  # 或者直接从.c文件开始
  gcc -S hello.c -o hello.s

• 生成目标文件（-c）
  汇编器将汇编代码转换成机器代码。此阶段生成 .o 目标文件。在编译多个源文件的项目时，通常先分别生成目标文件，再进行链接。

  gcc -c hello.s -o hello.o
  # 或者直接从.c文件开始
  gcc -c hello.c -o hello.o

• 链接生成可执行文件
  将目标文件与系统库和其他库链接，生成最终的可执行文件。

  gcc hello.o -o hello

• 一键生成所有中间文件
  使用 -save-temps 选项可以一次性生成所有中间文件（.i, .s, .o）以及最终的可执行文件。

  gcc -save-temps hello.c -o hello

  执行后，当前目录下会出现 hello.i, hello.s, hello.o 和 hello 。

⚙️ 常用选项详解

1. 警告选项（-Wall, -Werror）

   • -Wall：开启大多数常用的警告。强烈建议始终使用此选项，它可以帮助我们发现代码中潜在的问题，如未使用的变量、错误的类型转换等 。
   • -Werror：将所有警告视为错误。这意味着一旦GCC产生任何警告，编译过程就会停止。这有助于强制写出更严谨的代码 。

2. 调试选项（-g）
   为了使用GDB等调试器对程序进行调试，需要在编译时加入 -g 选项。它会将调试信息（如变量名、行号等）嵌入到可执行文件中。

   gcc -g hello.c -o hello

3. 优化选项（-O0, -O1, -O2, -O3）
   GCC提供不同级别的优化，旨在提高代码执行效率，但可能会增加编译时间或加大调试难度。

   • -O0：不进行优化（默认）。
   • -O1 或 -O：基本优化，减少代码大小和执行时间。
   • -O2：更深入的优化，包括循环展开等，是常用的平衡选择。
   • -O3：最高级别的优化，可能会进行更激进的策略，如函数内联 。

4. 链接库文件（-l, -L）
   当程序使用了系统库或第三方库时，需要指定链接。

   • -l：指定要链接的库名。例如，链接数学库 libm.so，只需写 -lm。
   • -L：指定库文件所在的目录。例如，如果库文件在 ./mylib 目录下，需要加上 -L./mylib。

   gcc main.c -o main -L./mylib -lmylib

5. 包含头文件（-I）
   如果头文件不在标准路径或当前目录下，需要使用 -I 选项指定头文件的搜索路径。

   gcc main.c -o main -I./include

多文件项目与库的创建

1. 编译多个源文件
   当一个项目由多个C文件组成时（如 main.c, foo.c, foo.h），有两种编译方法：

   • 直接编译链接（适用于小项目）：

     gcc main.c foo.c -o myprogram

   • 分步编译链接（推荐用于大项目，修改一个文件只需重新编译该文件，效率高）：

     gcc -c main.c -o main.o
     gcc -c foo.c -o foo.o
     gcc main.o foo.o -o myprogram

2. 创建和使用静态库（.a）
   静态库是一组目标文件的打包，链接时会直接嵌入到可执行文件中。

   • 将源文件编译成目标文件：

     gcc -c foo.c -o foo.o

   • 使用 ar 命令创建静态库：

     ar rcs libfoo.a foo.o

   • 链接静态库：

     gcc main.c -o main -L. -lfoo

3. 创建和使用动态库（.so）
   动态库在程序运行时才被加载，多个程序可以共享同一个库。

   • 编译生成位置无关代码（PIC）的目标文件，使用 -fPIC 选项：

     gcc -c -fPIC foo.c -o foo.o

   • 创建动态库，使用 -shared 选项：

     gcc -shared -o libfoo.so foo.o

   • 链接动态库的方式与静态库相同：

     gcc main.c -o main -L. -lfoo

   • 运行依赖动态库的程序前，可能需要告诉系统动态库的位置，例如设置 LD_LIBRARY_PATH 环境变量：

     export LD_LIBRARY_PATH=.:$LD_LIBRARY_PATH
     ./main

总结

GCC是Linux开发者必须掌握的核心工具。核心要点包括：使用 -o 指定输出文件；养成 -Wall 和 -Werror 的好习惯；调试时加 -g，发布时选择优化级别（如 -O2）；多文件项目推荐分步编译；正确使用 -I、-L、-l 处理头文件和库。