Linux如何用编译器编译源码-2、Linux下程序代码的编译

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1. 编译工具前言

1）编译器和目标程序运行在同一架构上的编译过程称为本地编译。

2）编译器和目标程序运行在不同架构上的编译过程称为交叉编译。

为什么需要交叉编译？ 因为编译过程往往需要大量的计算能力和空间，而这个要求在arm平台上往往无法满足，所以需要在x86上编译然后下载到arm上运行。

1. 海合会简介

GCC（GNU Compiler Collection）用于在Linux下编译C代码。 GCC（GNU Compiler Collection）是GNU组织开发的一种编程语言编译器。 它最初被称为GNU C Compiler，仅支持编译C语言。 后来逐渐开始支持编译C++、Java等语言，因此更名为GNU Compiler Collection，缩写仍为GCC。 C语言的GCC由以下三部分组成：

1）gcc-core：gcc编译器，可以将源代码编译成可执行程序

2）Binutils：gcc-core以外的小工具集合，包括链接器ld、汇编器as等。

3）glibc：C语言标准库，包括printf等函数。

执行以下命令检查gcc编译的目标程序是否运行在x86或arm上：

gcc -v

会输出gcc的版本信息，其中包含item目标，根据该item的值来确定：

1）target：x86_64-linux-gnu，表示编译生成的程序只能在x86架构上运行。
2）target：arm-linux-gnueabihf，表示编译生成的程序只能在arm架构上运行。

2.GCC编译过程

使用gcc编译代码的基本句型如下：

gcc [选项] 输入文件名

常用选项如下：
-o：小写字母“o”，指定生成的可执行文件的名字，不指定的话生成的可执行文件名为 a.out
-E：只进行预处理，既不编译，也不汇编，只是将include的文件和宏定义展开
-S：只编译，不汇编
-c：编译并汇编，但不进行链接
-g：生成的可执行文件带调试信息，方便使用 gdb 进行调试
-Ox：大写字母“O”加数字，设置程序的优化等级，如“-O0”“-O1”“-O2”“-O3”，数字
越大代码的优化等级越高，编译出来的程序一般会越小，但有可能会导致程序不正常运行

要了解以上选项Linux如何用编译器编译源码，首先要知道gcc编译代码的几个阶段：预处理、编译、汇编、链接，如下：

下面以一个例子来说明上述过程，假设有一个hello.c源文件：

#include 
int main()
{
        printf("hello, world! This is a C program.n");
        for(int i = 0; i < 10; i++)
        {
                printf("output i = %dn", i);
        }
        return 0;
}

然后执行以下命令，直接从源码一步生成并执行可执行文件：

gcc hello.c -o hello
./hello

事实上，gcc hello.c -o hello命令包含以下过程：

# 1.预处理，可理解为把头文件和宏的代码展开汇总成 C 代码，把 *.c 转换得到 *.i 文件
gcc –E hello.c –o hello.i
# 2.编译，可理解为把 C 代码转换为汇编代码，把 *.i 转换得到 *.s 文件
gcc –S hello.i –o hello.s
# 3.汇编，可理解为把汇编代码转换为机器码，把 *.s 转换得到 *.o，即目标文件
gcc –c hello.s –o hello.o
# 4.链接，把不同文件之间的调用关系链接起来，把一个或多个 *.o 转换成最终的可执行文件
gcc hello.o –o hello

1）以上四个过程可以单独执行Linux如何用编译器编译源码，也可以按照顺序组合在一起执行，如：

gcc -S hello.c -o hello.s    #相当与1和2两条命令的结合，同理
gcc –c hello.c –o hello.o   #相当于1，2，3这三条命令的结合

2）上述过程生成的文件可以打开。 比如执行 gcc -E hello.c -o hello.i ，就可以直接用 vim 打开 hello.i ，就会看到相关的头文件代码都包含进来了，而且宏也被替换掉了并扩大。

3）执行gcc –S hello.i –o hello.s并打开hello.s，可以看到生成的汇编代码。

4）不过需要注意的是，执行gcc -c hello.s -o hello.o后，如果用vim打开hello.o，会发现代码是乱码，因为.o文件是机器码，而是要被机器读取的。 .o 文件可以使用 readelf 工具打开：

readelf -a hello.o

命令执行结果如下：

从上图可以看到，目标文件包含ELF头、程序头、节等。对于*.o目标文件和*.so库文件，链接器根据这些内容信息生成可执行程序。 对于可执行文件，系统会在运行时根据这些信息加载程序。

注意：Linux下生成的.o目标文件、.so动态库文件、可执行文件等都是elf格式，可以通过readelf工具查看内容。

3. 链接过程

链接有两种类型：静态链接和动态链接。

动态链接：使用 GCC 编译时的默认选项。 动态是指应用程序运行时加载外部代码库，例如C语言的标准库。 如果是动态链接生成的程序，那么应用程序运行时就会加载它。

静态链接：链接时使用选项“-static”，它将在编译阶段将所有使用的库打包成自己的可执行程序。

静态链接的优点是兼容性好，程序基本不依赖于外部环境，但生成的程序也比较大。

动态链接生成的程序兼容性较差，但生成的程序较小。

gcc hello.c -o hello   #动态链接生成
gcc hello.c -o hello_static --static   #静态链接生成

通过比较，发现动态链接生成的hello比静态链接生成的hello_static小很多。

4. 交叉编译器简介

编译器和目标程序运行在不同的体系结构上。 这种编译器称为交叉编译器。 x86平台上主要的gcc交叉编译器包括：

1）arm-linux-gnueabihf-gcc：该编译器名称中的Linux表示该编译器生成的目标程序运行在Linux系统上，该程序可以使用Linux下的c标准库和Linux内核API。

2）arm-none-eabi-gcc：名称中的none表示该编译器生成的目标程序的运行环境不需要操作系统，可以用来编译逻辑代码、uboot、内核代码等。

请注意，arm-linux-gnueabihf-gcc 还可以编译 uboot 和内核代码。 但建议使用arm-none-eabi-gcc。

以上两个编译器都是Linaro组织提供的。 Linaro 是一个由 ARM 发起并与其他 ARM SOC 公司共同投资的非盈利组织。 大多数开发人员使用Linaro组织提供的交叉编译器。

Linaro组织的编译器命名规则如下：

arch [-os] [-(gnu)eabi(hf)] -gcc

其中，hf表示编译器的浮点模式为hard-float（使用fpu参与浮点运算）。 如果没有hf，说明是soft-float（即使有fpu浮点单元，也没有使用，正在使用软件模式）。

**注意，** 如果目标平台的c库文件（如glibc库文件libc.so.6）都是硬浮点类型，那么使用不带hf的编译器编译出来的目标程序可能会很难编译在Linux平台上运行。 使用以下命令查看库类型：

readelf -h libc.so.6

假设平台A的输出如下：

如您所见，平台 A 库类型是硬浮动的。 如果使用如下命令进行编译：

sudo arm-linux-gnueabi-gcc  hello.c -o hello

那么编译生成的hello在平台A上运行失败，因为平台A的c库文件是硬浮点型的，而hello是由软浮点型编译器编译的。

要在平台A上运行，有两种方法。 方法一是使用硬浮点类型编译器。

sudo arm-linux-gnueabihf-gcc hello.c -o hello_hf

第二种方法是使用静态编译：

sudo arm-linux-gnueabi-gcc hello.c -o hello_static  --static

那么编译生成的hello_hf和hello_static都可以在平台A上运行。