本節(jié)學(xué)習(xí)GNU推出的Linux系統(tǒng)下C編譯器----gcc，主要介紹這種編譯器的基本原理和使用方法，以及編譯過程中所產(chǎn)生的錯誤的原因及對策。

gcc簡介
Linux系統(tǒng)下的gcc（GNU C Compiler）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。gcc是可以在多種硬體平臺上編譯出可執(zhí)行程序的超級編譯器，其執(zhí)行效率與一般的編譯器相比平均效率要高20%~30%。

gcc編譯器能將C、C++語言源程序、匯程式化序和目標程序編譯、連接成可執(zhí)行文件，如果沒有給出可執(zhí)行文件的名字，gcc將生成一個名為a.out的文件。在Linux系統(tǒng)中，可執(zhí)行文件沒有統(tǒng)一的后綴，系統(tǒng)從文件的屬性來區(qū)分可執(zhí)行文件和不可執(zhí)行文件。而gcc則通過后綴來區(qū)別輸入文件的類別，下面我們來介紹gcc所遵循的部分約定規(guī)則。

.c為后綴的文件，C語言源代碼文件；

.a為后綴的文件，是由目標文件構(gòu)成的檔案庫文件；

.C，.cc或.cxx 為后綴的文件，是C++源代碼文件；

.h為后綴的文件，是程序所包含的頭文件；

.i 為后綴的文件，是已經(jīng)預(yù)處理過的C源代碼文件；

.ii為后綴的文件，是已經(jīng)預(yù)處理過的C++源代碼文件；

.m為后綴的文件，是Objective-C源代碼文件；

.o為后綴的文件，是編譯后的目標文件；

.s為后綴的文件，是匯編語言源代碼文件；

.S為后綴的文件，是經(jīng)過預(yù)編譯的匯編語言源代碼文件。

gcc的執(zhí)行過程
雖然我們稱gcc是C語言的編譯器，但使用gcc由C語言源代碼文件生成可執(zhí)行文件的過程不僅僅是編譯的過程，而是要經(jīng)歷四個相互關(guān)聯(lián)的步驟∶預(yù)處理(也稱預(yù)編譯，Preprocessing)、編譯(Compilation)、匯編(Assembly)和連接(Linking)。

命令gcc首先調(diào)用cpp進行預(yù)處理，在預(yù)處理過程中，對源代碼文件中的文件包含(include)、預(yù)編譯語句(如宏定義define等)進行分析。接著調(diào)用cc1進行編譯，這個階段根據(jù)輸入文件生成以.o為后綴的目標文件。匯編過程是針對匯編語言的步驟，調(diào)用as進行工作，一般來講，.S為后綴的匯編語言源代碼文件和匯編、.s為后綴的匯編語言文件經(jīng)過預(yù)編譯和匯編之后都生成以.o為后綴的目標文件。當(dāng)所有的目標文件都生成之后，gcc就調(diào)用ld來完成最后的關(guān)鍵性工作，這個階段就是連接。在連接階段，所有的目標文件被安排在可執(zhí)行程序中的恰當(dāng)?shù)奈恢茫瑫r，該程序所調(diào)用到的庫函數(shù)也從各自所在的檔案庫中連到合適的地方。

gcc的基本用法和選項
在使用gcc編譯器的時候，我們必須給出一系列必要的調(diào)用參數(shù)和文件名稱。gcc編譯器的調(diào)用參數(shù)大約有100多個，其中多數(shù)參數(shù)我們可能根本就用不到，這里只介紹其中最基本、最常用的參數(shù)。

gcc最基本的用法是∶gcc [options] [filenames]

其中options就是編譯器所需要的參數(shù)，filenames給出相關(guān)的文件名稱。

-c，只編譯，不連接成為可執(zhí)行文件，編譯器只是由輸入的.c等源代碼文件生成.o為后綴的目標文件，通常用于編譯不包含主程序的子程序文件。

-o output_filename，確定輸出文件的名稱為output_filename，同時這個名稱不能和源文件同名。如果不給出這個選項，gcc就給出預(yù)設(shè)的可執(zhí)行文件a.out。

-g，產(chǎn)生符號調(diào)試工具(GNU的gdb)所必要的符號資訊，要想對源代碼進行調(diào)試，我們就必須加入這個選項。

-O，對程序進行優(yōu)化編譯、連接，采用這個選項，整個源代碼會在編譯、連接過程中進行優(yōu)化處理，這樣產(chǎn)生的可執(zhí)行文件的執(zhí)行效率可以提高，但是，編譯、連接的速度就相應(yīng)地要慢一些。

-O2，比-O更好的優(yōu)化編譯、連接，當(dāng)然整個編譯、連接過程會更慢。

-Idirname，將dirname所指出的目錄加入到程序頭文件目錄列表中，是在預(yù)編譯過程中使用的參數(shù)。C程序中的頭文件包含兩種情況∶

A)#include

B)#include “myinc.h”

其中，A類使用尖括號(< >)，B類使用雙引號(“ ”)。對于A類，預(yù)處理程序cpp在系統(tǒng)預(yù)設(shè)包含文件目錄(如/usr/include)中搜尋相應(yīng)的文件，而對于B類，cpp在當(dāng)前目錄中搜尋頭文件，這個選項的作用是告訴cpp，如果在當(dāng)前目錄中沒有找到需要的文件，就到指定的dirname目錄中去尋找。在程序設(shè)計中，如果我們需要的這種包含文件分別分布在不同的目錄中，就需要逐個使用-I選項給出搜索路徑。

-Ldirname，將dirname所指出的目錄加入到程序函數(shù)檔案庫文件的目錄列表中，是在連接過程中使用的參數(shù)。在預(yù)設(shè)狀態(tài)下，連接程序ld在系統(tǒng)的預(yù)設(shè)路徑中(如/usr/lib)尋找所需要的檔案庫文件，這個選項告訴連接程序，首先到-L指定的目錄中去尋找，然后到系統(tǒng)預(yù)設(shè)路徑中尋找，如果函數(shù)庫存放在多個目錄下，就需要依次使用這個選項，給出相應(yīng)的存放目錄。

-lname，在連接時，裝載名字為“l(fā)ibname.a”的函數(shù)庫，該函數(shù)庫位于系統(tǒng)預(yù)設(shè)的目錄或者由-L選項確定的目錄下。例如，-lm表示連接名為“l(fā)ibm.a”的數(shù)學(xué)函數(shù)庫。

上面我們簡要介紹了gcc編譯器最常用的功能和主要參數(shù)選項，更為詳盡的資料可以參看Linux系統(tǒng)的聯(lián)機幫助。

假定我們有一個程序名為test.c的C語言源代碼文件，要生成一個可執(zhí)行文件，最簡單的辦法就是∶

gcc test.c

這時，預(yù)編譯、編譯連接一次完成，生成一個系統(tǒng)預(yù)設(shè)的名為a.out的可執(zhí)行文件，對于稍為復(fù)雜的情況，比如有多個源代碼文件、需要連接檔案庫或者有其他比較特別的要求，就要給定適當(dāng)?shù)恼{(diào)用選項參數(shù)。再看一個簡單的例子。

整個源代碼程序由兩個文件testmain.c 和testsub.c組成，程序中使用了系統(tǒng)提供的數(shù)學(xué)庫，同時希望給出的可執(zhí)行文件為test，這時的編譯命令可以是∶

gcc testmain.c testsub.c □lm □o test

其中，-lm表示連接系統(tǒng)的數(shù)學(xué)庫libm.a，這個過程可以用圖12-1框圖描述。


gcc的錯誤類型及對策
gcc編譯器如果發(fā)現(xiàn)源程序中有錯誤，就無法繼續(xù)進行，也無法生成最終的可執(zhí)行文件。為了便于修改，gcc給出錯誤資訊，我們必須對這些錯誤資訊逐個進行分析、處理，并修改相應(yīng)的語言，才能保證源代碼的正確編譯連接。gcc給出的錯誤資訊一般可以分為四大類，下面我們分別討論其產(chǎn)生的原因和對策。

第一類∶C語法錯誤
錯誤資訊∶文件source.c中第n行有語法錯誤(syntex errror)。這種類型的錯誤，一般都是C語言的語法錯誤，應(yīng)該仔細檢查源代碼文件中第n行及該行之前的程序，有時也需要對該文件所包含的頭文件進行檢查。有些情況下，一個很簡單的語法錯誤，gcc會給出一大堆錯誤，我們最主要的是要保持清醒的頭腦，不要被其嚇倒，必要的時候再參考一下C語言的基本教材。

第二類∶頭文件錯誤
錯誤資訊∶找不到頭文件head.h(Can not find include file head.h)。這類錯誤是源代碼文件中的包含頭文件有問題，可能的原因有頭文件名錯誤、指定的頭文件所在目錄名錯誤等，也可能是錯誤地使用了雙引號和尖括號。

第三類∶檔案庫錯誤
錯誤資訊∶連接程序找不到所需的函數(shù)庫，例如∶

ld: -lm: No such file or directory

這類錯誤是與目標文件相連接的函數(shù)庫有錯誤，可能的原因是函數(shù)庫名錯誤、指定的函數(shù)庫所在目錄名稱錯誤等，檢查的方法是使用find命令在可能的目錄中尋找相應(yīng)的函數(shù)庫名，確定檔案庫及目錄的名稱并修改程序中及編譯選項中的名稱。

第四類∶未定義符號
錯誤資訊∶有未定義的符號(Undefined symbol)。這類錯誤是在連接過程中出現(xiàn)的，可能有兩種原因∶一是使用者自己定義的函數(shù)或者全局變量所在源代碼文件，沒有被編譯、連接，或者干脆還沒有定義，這需要使用者根據(jù)實際情況修改源程序，給出全局變量或者函數(shù)的定義體；二是未定義的符號是一個標準的庫函數(shù)，在源程序中使用了該庫函數(shù)，而連接過程中還沒有給定相應(yīng)的函數(shù)庫的名稱，或者是該檔案庫的目錄名稱有問題，這時需要使用檔案庫維護命令ar檢查我們需要的庫函數(shù)到底位于哪一個函數(shù)庫中，確定之后，修改gcc連接選項中的-l和-L項。

排除編譯、連接過程中的錯誤，應(yīng)該說這只是程序設(shè)計中最簡單、最基本的一個步驟，可以說只是開了個頭。這個過程中的錯誤，只是我們在使用C語言描述一個算法中所產(chǎn)生的錯誤，是比較容易排除的。我們寫一個程序，到編譯、連接通過為止，應(yīng)該說剛剛開始，程序在運行過程中所出現(xiàn)的問題，是算法設(shè)計有問題，說得更玄點是對問題的認識和理解不夠，還需要更加深入地測試、調(diào)試和修改。一個程序，稍為復(fù)雜的程序，往往要經(jīng)過多次的編譯、連接和測試、修改。下面我們學(xué)習(xí)的程序維護、調(diào)試工具和版本維護就是在程序調(diào)試、測試過程中使用的，用來解決調(diào)測階段所出現(xiàn)的問題。