GCC 编译 | 命令参数、编译流程与链接机制

注：本文为 “GCC 编译” 相关合辑。 图片清晰度受引文原图所限。 略作重排，未整理去重。 如有内容异常，请看原文。

GCC 的使用简介与命令行参数说明

delphiwcdj 原创于 2011-06-19 20:29:00 发布

本文阐述 GCC 编译器的基础用法与拓展功能，涵盖编译配置项、告警输出、库文件调用、调试配置、交叉编译等内容，适用于学习 GCC 编译流程、规范代码编写的开发人员。

参考资料：《GNU gcc嵌入式系统开发》，作者：董文军

1. GCC 的基本用法

调用 GCC 编译器时，需要指定对应参数与待处理文件名称。不同类型编译参数的先后顺序不会改变执行结果，同类参数的顺序会影响执行逻辑。若使用多个 -L 参数指定库文件检索目录，GCC 会依照参数书写顺序依次检索对应目录。

GCC 多数参数由多字符构成，不支持单字符参数合并写法，该类参数在 Linux 系统中称作短参数。例如 -dr 与分开书写的 -d -r 具备不同语义。GCC 内置编译参数数量超过 100 个，下文仅介绍日常使用频次较高的参数。

GCC 标准调用格式：gcc [options] [filenames]

options 代表编译参数，filenames 代表待处理文件名称。常用参数说明如下：

1.1 -c

仅执行编译操作，不执行链接流程。编译器读取 .c 等源码文件，生成后缀为 .o 的目标文件。该参数多用于编译不含程序入口的子程序文件。

1.2 -o output_filename

指定输出文件名称为 output_filename，输出文件名称不可与源文件名称一致。未配置该参数时，GCC 默认生成可执行文件 a.out。

1.3 -g

生成 GNU 调试工具 gdb 所需的符号信息。对源码进行调试操作时，必须添加该参数。

1.4 -O

开启编译与链接阶段的代码优化。经过优化处理的可执行文件运行效率会提升，但编译、链接耗时会相应增加。同时优化操作会对调试工作造成干扰，可能出现运行表现与源码逻辑不一致的情况。该参数一般用于软件正式版本的编译打包。

1.5 -O2

执行强度高于 -O 的编译与链接优化，整体编译、链接流程耗时更长。

1.6 -Idirname

将 dirname 指向的目录加入头文件检索路径，该参数作用于预处理阶段。

C 语言头文件引入分为两种形式：

#include <stdio.h>
#include "stdio.h"

若项目头文件分散在多个目录中，需要多次使用 -I 参数依次配置检索路径。

1.7 -Ldirname

将 dirname 指向的目录加入库文件检索路径，该参数作用于链接阶段。默认状态下，链接程序 ld 在系统默认目录（如 /usr/lib）中检索库文件。配置该参数后，链接程序会优先检索 -L 指定目录，再检索系统默认目录。库文件存放于多个目录时，需多次使用该参数配置路径。

1.8 -lname

链接名称为 libname.a 的函数库，库文件取自系统默认目录或 -L 参数指定的目录。示例：-lm 表示链接数学函数库 libm.a。

1.9 基础使用示例

现有 C 语言源码文件 test.c，代码内容如下：

#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf("Hello world\\n");
return 0;
}

生成可执行文件的基础指令：

gcc test.c -o test

完整编译流程分为三步：

默认配置下，预处理、编译、链接流程会一次性执行。

1.10 分步执行编译流程

GCC 支持在编译的四个阶段中断执行，对应参数如下：

分步执行指令示例：

# 预处理
gcc -E test.c -o test.i
# 编译生成目标文件
gcc -c test.c -o test.o
# 汇编生成汇编文件
gcc -S test.c -o test.s
# 链接生成可执行文件
gcc test.o -o test

1.11 多文件与库链接示例

项目包含 testmain.c、testsub.c 两个源码文件，程序调用系统数学库，编译指令如下：

gcc testmain.c testsub.c -lm -o test

其中 -lm 用于链接系统数学库 libm.a。

1.12 工程编译说明

源码数量较多的工程，单次使用一条 GCC 指令完成全量编译会造成资源损耗。若仅修改单个文件，该方式会重复编译所有未变更文件。针对该场景，可搭配 make 工具完成增量编译。

2. 告警提示配置项

GCC 集成完备的错误检测与告警输出能力，可辅助开发人员规范代码编写。

2.1 -pedantic

编译不符合 ANSI/ISO C 语言标准的源码时，输出对应告警信息。

#include <stdio.h>

void main(void)
{
long long int var = 1;
printf("It is not standard C code!/n");
}

以违规代码为例，该参数可检测出以下问题：

2.2 -Wall

GCC 多数告警类参数以 -W 为前缀，-Wall 可启用绝大多数告警检测规则，输出全面的告警信息。

编译输出的告警不属于程序错误，但会提升故障出现概率。建议编译源码时固定添加 -Wall 参数，便于排查隐性代码问题。

2.3 -Werror

将所有告警信息判定为错误，触发告警时编译流程立即终止。该参数适用于自动化编译场景，强制对存在问题的代码进行修正。

2.4 -Wcast-align

检测指针地址对齐异常。若无需地址对齐的指针指向要求地址对齐的变量，编译器会输出告警。例如 char * 类型指针指向 int * 类型地址，int 类型数据通常要求地址可被 2 或 4 整除。

2.5 其他常用参数

3. 库文件操作配置项

Linux 平台下的软件开发，通常需要调用第三方库文件。从代码开发角度，库文件由头文件（.h）与库文件（.so / .a）组成。系统默认头文件存放于 /usr/include/，库文件存放于 /usr/lib/，文件路径自定义时，需要通过编译参数配置检索规则。

3.1 -I

向头文件检索路径中新增自定义目录。

3.2 -L

向库文件检索路径中新增自定义目录，适用于库文件未存放在系统默认路径的场景。

3.3 -l

Linux 平台库文件命名遵循统一规则，文件名以 lib 作为前缀。使用 -l 参数时可省略该前缀，例如 -lfoo 会自动链接 libfoo.so 文件。

3.4 -static

Linux 库文件分为静态链接库（后缀 .a）与动态链接库（后缀 .so）。二者区别在于代码加载时机：静态库代码在编译阶段载入程序，动态库代码在程序运行阶段载入程序。

GCC 默认优先使用动态链接库，动态库缺失时才会检索静态库。添加 -static 参数可强制使用静态链接库。

3.5 -shared

生成共享目标文件，该文件可与其他目标文件链接整合为可执行文件。

4. 调试配置项

gdb（GNU Debugger）与 GCC 配合使用，可在 Linux 平台搭建完整的程序调试环境。

4.1 -g 与 -ggdb

默认编译模式下，GCC 不会向二进制文件写入调试符号信息，以此控制文件体积。需要调试时，可使用 -g 或 -ggdb 参数生成调试符号。

-g 支持分级配置调试信息粒度，格式为 -g[数字]，共分为三个等级：

补充说明：

• 函数调用回溯：追踪程序运行过程中的函数调用链路；
• 堆栈转储：以十六进制格式保存程序运行现场。

调试参数会增大二进制文件体积，同时增加程序运行开销，仅建议在开发、测试阶段使用。

4.2 -p 与 -pg

向二进制文件植入性能剖析数据，用于定位程序性能瓶颈。

4.3 -save-temps

保留编译流程产生的中间文件。示例指令：

gcc test.c -o test -save-temps

执行后除可执行文件 test 外，还会保留预处理文件 test.i、汇编文件 test.s 等中间文件。

5. 交叉编译配置项

常规编译场景中，GCC 生成的目标代码适配当前运行主机的硬件架构。GCC 支持交叉编译，可生成适配其他 CPU 架构的目标代码。

嵌入式系统开发常以 X86 架构 PC 作为宿主机，借助 GCC 交叉编译功能完成嵌入式设备的程序开发。本文不展开详述具体参数配置。

GCC 的基本使用

Balaaam 原创于 2022-03-26 17:18:23 发布

1. GCC 概述

2. GCC 编译流程

完整编译分为四个阶段：预处理、编译、汇编、链接。

C 语言源码为人类可读格式，运行前需要转换为机器指令，并按照可执行文件格式打包存储至磁盘。

3. GCC 常用参数与示例

编译指令示例：

# 预处理
gcc -E hello.c -o hello.i
# 编译生成汇编文件
gcc -S hello.i -o hello.s
# 汇编生成目标文件
gcc -c hello.s -o hello.o
# 链接生成可执行文件
gcc hello.o -o hello
# 一次性完成编译与链接
gcc hello.c -o hello
# 编译生成目标文件
gcc -c hello.c
gcc -c hello.c -o hello.o

4. 多文件编译

项目文件：hello_fn.h、hello_fn.c、main.c

# 一次性编译链接
gcc hello_fn.c main.c -o newhello

# 分步独立编译
gcc -Wall -c main.c -o main.o
gcc -Wall -c hello_fn.c -o hello_fn.o
gcc -Wall main.o hello_fn.o -o newhello

5. 头文件与库文件作用

6. 系统默认检索路径

头文件路径

• /usr/include 及其子目录
• /usr/local/include 及其子目录

库文件路径

• /usr/lib
• /usr/local/lib

7. 外部库调用示例

源码文件 calc.c：

#include <math.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
double x = pow(2.0, 3.0);
printf("The cubed if %f\\n", x);
return 0;
}

编译指令：

gcc -Wall calc.c -o calc -lm

-lm 用于链接 libm.so 或 libm.a 数学库。

8. 静态库与共享库

9. 静态库生成与使用

项目文件：hello_fn.h、hello_fn.c、main.c

# 编译生成目标文件
gcc -Wall hello_fn.c -o hello_fn.o
# 打包为静态库，ar 为 GNU 归档工具
ar rcs libhello.a hello_fn.o
# 链接静态库生成可执行文件
gcc -Wall main.c libhello.a -o main
# 通过 -L、-l 参数调用静态库
gcc -Wall -L . main.c -o main -lhello

10. 库文件检索优先级

11. 共享库生成与使用

编译参数说明

示例指令

# 生成共享库
gcc -shared -fPIC hello.o -o libhello.so
# 链接共享库
gcc main.o -o main -L . -lhello

12. 共享库运行配置

程序运行时加载共享库，可选择以下三种配置方式：

GCC 简介和命令行参数说明

KuoGavin 于 2021-05-12 14:01:15 发布

本文介绍 GCC 编译器基础用法、告警配置、库文件操作、调试配置、交叉编译，并区分 GCC 与 G++ 的使用差异。

链接阶段会完成数据段合并（合并只读数据以节省内存）与地址回填，对应符号解析、地址重定位两大流程。

内存布局说明：栈区域向低地址扩展，堆区域向高地址扩展，共享库占用中间地址空间。

1. GCC 基本用法

调用规则与前文一致，基础调用格式：

gcc [options] [filenames]

\\text{gcc [options] [filenames]}

gcc [options] [filenames]

编译示例

源码文件 test.c：

#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf("Hello world\\n");
return 0;
}

基础编译指令：

gcc test.c -o test

分步编译指令：

# 预处理
gcc -E test.c -o test.i
# 汇编
gcc -S test.c -o test.s
# 编译生成目标文件
gcc -c test.c -o test.o
# 链接
gcc test.o -o test

多文件+库链接示例：

gcc testmain.c testsub.c -lm -o test

大型工程建议搭配 make 工具实现增量编译。

2. 告警提示配置项

测试代码：

#include <stdio.h>
void main(void)
{
long long int var = 1;
printf("It is not standard C code!\\n");
}

该代码存在多处语法规范问题，对应不同参数的运行效果参考下图：

-pedantic 参数运行效果

-Wall 参数运行效果

-Werror 参数运行效果

告警信息可辅助排查隐性故障，推荐常态化使用 -Wall 参数。

3. 库文件操作配置项

4. 调试配置项

调试参数会增大文件体积与运行开销，仅用于开发调试阶段。

5. 交叉编译配置项

GCC 支持生成跨架构目标代码，嵌入式开发场景常使用该功能，具体参数不作展开。

6. GCC 与 G++ 对比

6.1 统一编译流程

6.2 支持的文件后缀

6.3 常见认知误区纠正

链接器、链接过程及相关概念解析

KuoGavin 于 2021-05-15 22:54:45 发布

链接是将代码、数据片段整合为单一文件的过程，生成的文件可加载至内存并运行。该流程由链接器执行，按照执行时机分为三类：

1. 编译器驱动程序

编译器驱动程序会按需调用预处理器、编译器、汇编器、链接器。

示例：存在 main.c、sum.c 两个文件，main.c 调用 sum.c 内函数，编译指令：

gcc -Og -o prog main.c sum.c

源文件至可执行文件的编译流程

静态链接流程

生成可执行文件 prog 后，执行指令 ./prog。Shell 识别该文件为可执行文件，调用操作系统加载器完成程序运行。

2. 目标文件

目标文件分为三类：

文件转换流程：

文本源文件

⟶

ccl & as

可重定位文件

⟶

ld

可执行目标文件

\\text{文本源文件} \\stackrel{\\text{ccl \\& as}}{\\longrightarrow} \\text{可重定位文件} \\stackrel{\\text{ld}}{\\longrightarrow} \\text{可执行目标文件}

文本源文件⟶ccl & as​可重定位文件⟶ld​可执行目标文件

目标模块为二进制字节序列，目标文件是存储在磁盘中的目标模块，单个目标文件可包含多个目标模块。

主流系统文件格式：Linux 与 Unix（x86-64）使用 ELF 格式，Windows 使用 PE 格式，MacOS 使用 Mach-O 格式。下文基于 ELF 格式展开说明。

2.1 可重定位目标文件（.o）

2.2 可执行目标文件

ELF 可执行文件设计为适配内存加载，程序头部表记录文件片段与内存段的映射关系。

加载器将文件内容从磁盘复制至内存，并跳转到程序入口地址执行，该过程称为加载。Linux 程序可通过 execve 函数调用加载器。

程序运行内存映像

2.3 共享目标文件（.so / .dll）

静态库存在维护成本高、内存占用大的问题，共享库可解决上述问题。共享库又称共享目标文件，支持多进程共用同一份库代码。

共享库共享特性：

共享库编译与调用

生成共享库指令：

gcc -shared -fpic -o libvector.so addvec.c multvec.c

参数说明：

• -fpic：生成位置无关代码，是共享库的必备配置；
• -shared：指定输出为共享库格式。

链接共享库生成可执行文件：

gcc -o prog21 main2.c ./libvector.so

可执行文件运行流程：

运行时动态加载接口

Linux 提供专用接口支持程序运行时加载共享库：

Java JNI 技术基于该套接口实现本地 C/C++ 函数调用。

3. 链接器的核心任务

3.1 符号解析

符号分为函数、全局变量、静态变量三类。符号解析的作用是将每一处符号引用，匹配到唯一的符号定义。

符号与符号表

每个可重定位目标文件包含符号表 .symtab，记录文件内定义与引用的符号，局部非静态变量不记录在符号表中。目标模块内的符号分为三类：

符号表包含节索引、符号类型等字段，存在三类伪节标识：

• ABS：不可重定位符号；
• UNDEF：未定义符号；
• COMMON：未初始化全局变量。

多重全局符号解析规则

按照定义形式区分强符号、弱符号：函数、已初始化全局变量为强符号；未初始化全局变量为弱符号。解析规则：

上述规则易引发隐性逻辑错误，编写代码时需规避全局符号重定义。

静态库符号解析

静态库（后缀 .a）通过 ar 工具打包生成，链接器仅复制程序实际引用的目标模块。

静态库创建指令：

ar rcs libvector.a addvec.o multvec.o

链接指令：

gcc -static -o prog2c main2.o ./libvector.a
gcc -static -o prog2c main2.o -L . -lvector

链接器维护三个集合：待合并目标文件集合 E、未解析符号集合 U、已定义符号集合 D。按照命令行顺序扫描文件：

命令行中目标文件与库文件的顺序需要匹配依赖关系。

3.2 重定位

编译器、汇编器默认从地址 0 开始生成代码与数据。符号解析完成后，链接器明确各代码段、数据段的大小，重定位环节会为所有符号分配运行时内存地址，并修改符号引用地址。

重定位条目

汇编器生成目标文件时，针对外部符号、全局变量生成重定位条目，指导链接器修改地址引用。代码段重定位条目存放于 .rel.text，数据段重定位条目存放于 .rel.data。

ELF 格式定义多种重定位类型，两类基础类型：

重定位执行步骤

4. 总结

reference

• gcc 的使用简介与命令行参数说明_gcc -l -share -fpic -g-CSDN 博客 https://blog.csdn.net/delphiwcdj/article/details/6555073
• GCC 编译器详解-CSDN 博客 https://blog.csdn.net/weixin_50697073/article/details/123759516
• gcc 简介和命令行参数说明_gcc -t-CSDN 博客 https://blog.csdn.net/yueguangmuyu/article/details/116703618
• 链接器、链接过程及相关概念解析-CSDN 博客 https://blog.csdn.net/yueguangmuyu/article/details/116710102