GCC為何如此強大?
做軟件開發(fā)的讀者,應(yīng)該對GCC都不會陌生,之所以大家都能知道它,了解它,是因為它有許多特殊、強大的“功能”。
一、GCC發(fā)展史
GNU 項目計劃的主要目的是創(chuàng)建一個名叫 GNU’s Not Unix(GNU) 的完全免費的操作系統(tǒng)。該操作系統(tǒng)將包括絕大多數(shù)自由軟件基金會所開發(fā)的其他軟件,以對抗所有商業(yè)軟件,而這個操作系統(tǒng)的核心(kernel)就叫 HURD。
但是 GNU 在開發(fā)完全免費的操作系統(tǒng)上并未取得成功,直到 20 世紀(jì) 90 年代由林納斯·本納第克特·托瓦茲(Linus Benedict Torvalds)開發(fā)了 Linux 操作系統(tǒng),GNU 才算在免費操作系統(tǒng)上完成了任務(wù)。
雖然 GNU 計劃在開發(fā)免費操作系統(tǒng)上不成功,但是卻成功開發(fā)幾個廣為流傳的 GNU 軟件,其中最著名的是 GNU C Complier(gcc)。
這個軟件成為歷史上最優(yōu)秀的C語言編譯器, 其執(zhí)行效率與一般的編譯器相比平均效率要高 20%~30%,使得那些靠販賣編譯器的公司大吃苦頭,因為它們無法研制出與 gcc 同樣優(yōu)秀,卻又完全免費、并開放源代碼的編譯器來。
二、關(guān)于GCC
GCC 原來代表“GNU C Compiler”的意思,GCC 是 GNU 推出的功能強大、性能優(yōu)越的多平臺編譯器,是 GNU 的代表作品之一。
自從面世后,GCC 逐漸擴充、發(fā)展,現(xiàn)在不僅僅支持C語言,還支持其他很多語言,包括 C++、Ada、Objective-C、Fortran 和 Java 等。因此,GCC 的意思被重新定義為“GNU Compiler Collection”,也即“GUN 編譯器套件”。
GUN 編譯器套件包含多種前端處理器,以翻譯各種不同語言。當(dāng)然,在本教程中我們重點討論的是基于C語言的前端處理器 GCC。
GCC 也是一種多目標(biāo)(multitarget)編譯器;換句話說,它通過使用可互換的后端處理器,為多種不同的計算機架構(gòu)生成相應(yīng)的可執(zhí)行程序。
正如模塊化概念所提倡的,GCC 可被用作交互式編譯器;也就是說,可以使用 GCC 對所有設(shè)備與操作系統(tǒng)創(chuàng)建可執(zhí)行程序,不需要局限于僅僅是運行 GCC 的平臺。然而,這么做需要特殊的配置和安裝,大多數(shù) GCC 的安裝,僅能針對它們的宿主系統(tǒng)編譯程序。
GCC 不僅支持C的許多“方言”,也可以區(qū)別不同的C語言標(biāo)準(zhǔn);也就是說,可以使用命令行選項來控制編譯器在翻譯源代碼時應(yīng)該遵循哪個C標(biāo)準(zhǔn)。
三、GCC編譯流程
GCC 編譯器在編譯一個C語言程序時需要經(jīng)過以下 4 步:
將C語言源程序預(yù)處理,生成.i文件。
預(yù)處理后的.i文件編譯成為匯編語言,生成.s文件。
將匯編語言文件經(jīng)過匯編,生成目標(biāo)文件.o文件。
將各個模塊的.o文件鏈接起來生成一個可執(zhí)行程序文件。
GCC 編譯流程如下圖所示:
.i文件、.s文件、.o文件可以認(rèn)為是中間文件或臨時文件,如果使用 GCC 一次性完成C語言程序的編譯,那么只能看到最終的可執(zhí)行文件,這些中間文件都是看不到的,因為 GCC 已經(jīng)經(jīng)它們刪除了。
四、GCC編譯選項
GCC 是一個功能強大的編譯器,其編譯選項非常多。有些選項一般程序員根本不會用到。因此將所有的編譯選項全部列出講解是不明智的。下面只對一些 gcc 編譯器的常 用選項進行詳細(xì)的講解,這些選項在實際編程過程中非常實用。
注意:gcc 編譯選項會區(qū)分大小寫。因此-o選項和-O選項的效果是不一樣的。前者表示源文件編譯成為可執(zhí)行文件,后者表示將源文件編譯成為可執(zhí)行文件并且進行一級優(yōu)化。
.so,它是一種特殊的目標(biāo)文件(object file),可以在程序運行時被加載(鏈接)進來。使用動態(tài)鏈接庫的優(yōu)點是:程序的可執(zhí)行文件更小,便于程序的模塊化以及更新,同時,有效內(nèi)存的使用效率更高。
.a結(jié)尾的二進制文件,它作為程序的一個模塊,在鏈接期間被組合到程序中。和靜態(tài)鏈接庫相對的是動態(tài)鏈接庫(.so文件),它在程序運行階段被加載進內(nèi)存。制作鏈接庫的目的是希望別人使用我們已經(jīng)實現(xiàn)的功能,但又不希望別人看到我們的源代碼,這對商業(yè)機構(gòu)是非常友好的。
Linux 下靜態(tài)鏈接庫文件的命名規(guī)則為:
libxxx.a
xxx 表示庫的名字。例如,libc.a、libm.a、libieee.a、libgcc.a 都是 Linux 系統(tǒng)自帶的靜態(tài)庫。
3.C語言和C++的混合編譯
在 GCC 編譯器中,可以將不同編程語言生成的目標(biāo)文件混合在一起使用,但是操作起來非常的困難,因為不同的編程語言都有自己的特性?;旌鲜褂脮r要處理好產(chǎn)生的各種問題,包括全局命名約定、命令、參數(shù)傳遞、數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換、出錯處理,以及兩種語言標(biāo)準(zhǔn)運行時的庫的混合。
類似,Java和C語言同樣也可以混合編譯。
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