1. GCC工具

GCC編譯器：
GCC（GNU Compiler Collection）是由 GNU 開發(fā)的編程語言編譯器。 GCC最初代表“GNU C Compiler”，當時只支持C語言。 后來又擴展能夠支持更多編程語言，包括 C++、Fortran 和 Java 等。 因此，GCC也被重新定義為“GNU Compiler Collection”，成為歷史上最優(yōu)秀的編譯器， 其執(zhí)行效率與一般的編譯器相比平均效率要高 20%~30%。
GCC的官網地址為：https://gcc.gnu.org/，在Ubuntu系統下系統默認已經安裝好GCC編譯器，可以通過如下命令查看Ubuntu系統中GCC編譯器的版本及安裝路徑：

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GCC編譯工具鏈（toolchain），是指以GCC編譯器為核心的一整套工具。它主要包含以下三部分內容：

gcc-core：即GCC編譯器，用于完成預處理和編譯過程，把C代碼轉換成匯編代碼。
Binutils ：除GCC編譯器外的一系列小工具包括了鏈接器ld，匯編器as、目標文件格式查看器readelf等。
glibc：包含了主要的 C語言標準函數庫，C語言中常常使用的打印函數printf、malloc函數就在glibc 庫中。

在很多場合下會直接用GCC編譯器來指代整套GCC編譯工具鏈。

Binutils工具集：

Binutils（bin utility），是GNU二進制工具集，通常跟GCC編譯器一起打包安裝到系統，它的官方說明網站地址為： https://www.gnu.org/software/binutils/ 。
在進行程序開發(fā)的時候通常不會直接調用這些工具，而是在使用GCC編譯指令的時候由GCC編譯器間接調用。下面是其中一些常用的工具：

as：匯編器，把匯編語言代碼轉換為機器碼（目標文件）。
ld：鏈接器，把編譯生成的多個目標文件組織成最終的可執(zhí)行程序文件。
readelf：可用于查看目標文件或可執(zhí)行程序文件的信息。
nm ： 可用于查看目標文件中出現的符號。
objcopy： 可用于目標文件格式轉換，如.bin 轉換成 .elf 、.elf 轉換成 .bin等。
objdump：可用于查看目標文件的信息，最主要的作用是反匯編。
size：可用于查看目標文件不同部分的尺寸和總尺寸，例如代碼段大小、數據段大小、使用的靜態(tài)內存、總大小等。

系統默認的Binutils工具集位于/usr/bin目錄下，可使用如下命令查看系統中存在的Binutils工具集：

ls /usr/bin/ | grep linux-gnu-

glibc庫：

glibc庫是GNU組織為GNU系統以及Linux系統編寫的C語言標準庫，因為絕大部分C程序都依賴該函數庫，該文件甚至會直接影響到系統的正常運行，例如常用的文件操作函數read、write、open，打印函數printf、動態(tài)內存申請函數malloc等。
在Ubuntu系統下，libc.so.6是glibc的庫文件，可直接執(zhí)行該庫文件查看版本，在主機上執(zhí)行如下命令：
glibc庫文件路徑，可直接執(zhí)行：

/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6

GCC編譯

1.編寫程序源碼

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

# 在Ubuntu的hello_c目錄下執(zhí)行如下命令
gcc hello.c –o hello #使用gcc把hello.c編譯成hello程序
ls #查看目錄下的文件
./hello #執(zhí)行生成的hello程序

GCC 編譯工具鏈在編譯一個C源文件時需要經過以下 4 步：

預處理：為把頭文件的代碼、宏之類的內容轉換成生成的.i文件，還是C代碼。
編譯：把預處理后的.i文件通過編譯成.s文件，匯編語言。
匯編：將匯編語言文件生成目標文件.o文件，機器碼。
鏈接：將每個源文件對應的.o文件鏈接起來，就生成一個可執(zhí)行程序文件。

（1）預處理階段

預處理過程中，對源代碼文件中的文件包含 (include)、 預編譯語句 (如宏定義define等)進行展開，生成 .i 文件。 可理解為把頭文件的代碼、宏之類的內容轉換成更純粹的C代碼，不過生成的文件以.i為后綴。
使用GCC的參數 “-E”，可以讓編譯器生成 .i 文件，參數 “-o”，可以指定輸出文件的名字。
具體命令如下：

預處理，可理解為把頭文件的代碼匯總成C代碼，把*.c轉換得到*.i文件
gcc –E hello.c –o hello.i

相當于它把原C代碼中包含的頭文件中引用的內容匯總到一處， 如果原C代碼有宏定義，它把宏定義展開成具體的內容。

（2）編譯階段

把預處理后的.i文件通過編譯成為匯編語言，生成.s文件，即把代碼從C語言轉換成匯編語言，這是GCC編譯器完成的工作。在這個過程，GCC會檢查各個源文件的語法，即使我們調用了一個沒有定義的函數，也不會報錯。
GCC可以使用-S選項，讓編譯程序生成匯編語言的代碼文件（.s后綴）。
具體命令如下:

#編譯，可理解為把C代碼轉換為匯編代碼，把*.i轉換得到*.s文件
gcc –S hello.i –o hello.s
#也可以直接以C文件作為輸入進行編譯，與上面的命令是等價的
gcc –S hello.c –o hello.s

（3）匯編階段

將匯編語言文件經過匯編，生成目標文件.o文件，每一個源文件都對應一個目標文件。即把匯編語言的代碼轉換成機器碼，這是as匯編器完成的工作。
GCC的參數“c”表示只編譯(compile)源文件但不鏈接，會將源程序編譯成目標文件（.o后綴）。計算機只認識0或者1，不懂得C語言，也不懂得匯編語言，經過編譯匯編之后，生成的目標文件包含著機器代碼，這部分代碼就可以直接被計算機執(zhí)行。一般情況下，可以直接使用參數“c”，跳過上述的兩個過程，具體命令 如下：

# 匯編，可理解為把匯編代碼轉換為機器碼，把*.s轉換得到*.o，即目標文件
gcc –c hello.s –o hello.o
# 也可以直接以C文件作為輸入進行匯編，與上面的命令是等價的
gcc –c hello.c –o hello.o

（4）鏈接階段

最后將每個源文件對應的目標.o文件鏈接起來，就生成一個可執(zhí)行程序文件，這是鏈接器ld完成的工作。
例如一個工程里包含了A和B兩個代碼文件，在鏈接階段， 鏈接過程需要把A和B之間的函數調用關系理順，也就是說要告訴A在哪里能夠調用到fun函數， 建立映射關系，所以稱之為鏈接。若鏈接過程中找不到fun函數的具體定義，則會鏈接報錯。
雖然本示例只有一個hello.c文件，但它調用了C標準代碼庫的printf函數， 所以鏈接器會把它和printf函數鏈接起來，生成最終的可執(zhí)行文件。
鏈接分為兩種：

動態(tài)鏈接：GCC編譯時的默認選項。動態(tài)是指在應用程序運行時才去加載外部的代碼庫，不同的程序可以共用代碼庫。 所以動態(tài)鏈接生成的程序比較小，占用較少的內存。
靜態(tài)鏈接：鏈接時使用選項 “–static”，它在編譯階段就會把所有用到的庫打包到自己的可執(zhí)行程序中。 所以靜態(tài)鏈接的優(yōu)點是具有較好的兼容性，不依賴外部環(huán)境，但是生成的程序比較大。

執(zhí)行如下命令體驗靜態(tài)鏈接與動態(tài)鏈接的區(qū)別：

# 在hello.o所在的目錄執(zhí)行如下命令
# 動態(tài)鏈接，生成名為hello的可執(zhí)行文件
gcc hello.o –o hello
# 也可以直接使用C文件一步生成，與上面的命令等價
gcc hello.c -o hello
# 靜態(tài)鏈接，使用--static參數，生成名為hello_static的可執(zhí)行文件
gcc hello.o –o hello_static --static
# 也可以直接使用C文件一步生成，與上面的命令等價
gcc hello.c -o hello_static --static

在Ubuntu下，可以使用 ldd 工具查看動態(tài)文件的庫依賴

3. 交叉編譯

如果我們希望編譯器運行在x86架構平臺上，然后編譯生成ARM架構的可執(zhí)行程序，這種編譯器和目標程序運行在不同架構的編譯過程，被稱為 交叉編譯

安裝ARM-GCC
# 在主機上執(zhí)行如下命令
sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabihf
# 安裝完成后使用如下命令查看版本
arm-linux-gnueabihf-gcc –v

交叉編譯程序

交叉編譯器與本地編譯器使用起來并沒有多大區(qū)別。

# 在hello.c程序所在的目錄執(zhí)行如下命令
arm-linux-gnueabihf-gcc hello.c –o hello_arm

同樣的C代碼文件，使用交叉編譯器編譯后，生成的hello已經變成了ARM平臺的可執(zhí)行文件，可以通過readelf工具來查看具體的程序信息

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