GNU编译器（GCC）原理简介

GNU编译器（GCC）原理简介

   GNU编译器（GCC, GNU Compiler Collection）是GNU工具链的关键组件，与GNU、Linux相关项目的标准编译器。它设计之初仅用来处理C语言的（也被称为GNU C编译器），紧接着扩展到C++、Objective-C/C++、Fortran、Java、Go等编程语言。

目前，GCC已经被以知道各种指令集体系结构中，成为了自由软件、专有软件的开发工具。GCC编译器可以应用多种平台：操作系统（Linux/Windows）、移动端（Android/iSO）、嵌入式系统(Arm/FPGA)等。

 1. GNU编译器（GCC）的编译过程

如图2-32所示，GCC的编译工程可以分为四个步骤：

1）预处理（Pre-Processing）：使用CPP对C语言源程序进行预处理生成预处理.i文件，在该过程主要对源代码文件中的文件包含(include)、预编译语句(如宏定义define等)进行分析；

2）编译（Compiling）：调用CC1将预处理后的.i文件编译汇编语言.s文件，这个阶段主要是对预处理文件进行转换以生成机器语言的目标程序；

3）汇编（Assembling）：GCC调用AS对汇编语言.s文件进行汇编，生成目标文件.o；

4）链接（Linking）：GCC调用LD将各个模块的.o文件连接起来生成一个可执行程序文件，该过程将目标文件/库文件指派到可执行程序各自对应的位置。

图2-32 GNU编译器（GCC）的编译过程

GCC编译过程中，每个步骤都会生成不同的文件格式，C/C++在编译过程中生成的文件类型，见表2-18。

表2-18 列举了C/C++在编译过程中生成的文件类型

文件后缀	描述
.c	C语言源文件
.C/.cc/.cxx/.cpp	C++ 源文件
.h	C/C++ 头文件
.i/.ii	经过预处理的 C/C++ 文件
.s/.S	汇编语言源文件
.o/.obj	静态库
.so/.dll	动态库

 

可以根据自己的需要控制GCC的编译过程和中间文件，以便检查、调试和优化程序。如图2-33所示，给出了C语言随着编译过程生成的文件类型。

 

图2-33 C语言随着编译过程生成的文件类型

 2. GNU编译器（GCC）的使用方法

GCC的基本用法如下所示，使用GCC编译器需要关注两个方面：调用参数（操作方法）和文件名称（操作对象），见表2-19。

表2-19 列举了C/C++在编译过程中生成的文件类型

命令	作用
-c	只进行编译过程，而不链接成可执行文件，编译器只是将输入的源代码
-g	生成符号调试工具（GNU的gdb）所需要的符号信息。
-E	仅执行预处理操作，而不进行编译、汇编和链接操作
-S	仅执行编译操作，而不进行汇编、链接操作
-O	对程序进行优化编译、链接操作，提高可执行文件的执行效率
-o file_name	设置输出文件名为file_name，注意输出文件名不能和源文件同名；如果不给出

GCC的外部结构遵循Unix约定，用户调用特定语言的驱动程序解释命令参数，生成完整的可执行二进制文件。

每种编程语言的编译器都是一个单独的程序，读取源代码并输出机器码；每种编程语言的前端都会解析该语言的源代码，最终生成一个抽象的语法树。

 3. GNU编译器（GCC）手册使用方法

在Linux系统上，可以查看GCC的手册。在终端输入man gcc，即可打开，如图2-34所示。

图2-34 可以查看GCC的手册

手册中给出的介绍比任何资料都详细准确，但是非常的长1.6万行。快速浏览手册的快捷键与vim很相似，见表2-20。

表2-20 快速浏览手册的快捷键与vim很相似

快捷键	作用
g/G	跳转到文档顶/底部
u/d	向上（up）/下（down）翻动半页
f/b	向上（forward）/下（backward）翻动一页
/	在文档中搜索内容，按下/在后面输入想要查询的内容
n/N	跳转到下/上一个搜索的内容
q	退出手册