在為Linux開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，絕大多數(shù)情況下使用的都是C語言，因此幾乎每一位Linux程序員面臨的首要問題都是如何靈活運(yùn)用C編譯器。目前Linux下最常用的C語言編譯器是GCC（GNU Compiler Collection），它是GNU項(xiàng)目中符合ANSI C標(biāo)準(zhǔn)的編譯系統(tǒng)，能夠編譯用C、C++和Object C等語言編寫的程序。GCC不僅功能非常強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)也異常靈活。最值得稱道的一點(diǎn)就是它可以通過不同的前端模塊來支持各種語言，如Java、Fortran、Pascal、Modula-3和Ada等。
開放、自由和靈活是Linux的魅力所在，而這一點(diǎn)在GCC上的體現(xiàn)就是程序員通過它能夠更好地控制整個(gè)編譯過程。在使用GCC編譯程序時(shí)，編譯過程可以被細(xì)分為四個(gè)階段：
◆ 預(yù)處理（Pre-Processing）
◆ 編譯（Compiling）
◆ 匯編（Assembling）
◆ 鏈接（Linking）
Linux程序員可以根據(jù)自己的需要讓GCC在編譯的任何階段結(jié)束，以便檢查或使用編譯器在該階段的輸出信息，或者對最后生成的二進(jìn)制文件進(jìn)行控制，以便通過加入不同數(shù)量和種類的調(diào)試代碼來為今后的調(diào)試做好準(zhǔn)備。和其它常用的編譯器一樣，GCC也提供了靈活而強(qiáng)大的代碼優(yōu)化功能，利用它可以生成執(zhí)行效率更高的代碼。
GCC提供了30多條警告信息和三個(gè)警告級別，使用它們有助于增強(qiáng)程序的穩(wěn)定性和可移植性。此外，GCC還對標(biāo)準(zhǔn)的C和C++語言進(jìn)行了大量的擴(kuò)展，提高程序的執(zhí)行效率，有助于編譯器進(jìn)行代碼優(yōu)化，能夠減輕編程的工作量。
GCC起步
在學(xué)習(xí)使用GCC之前，下面的這個(gè)例子能夠幫助用戶迅速理解GCC的工作原理，并將其立即運(yùn)用到實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)中去。首先用熟悉的編輯器輸入清單1所示的代碼：
清單1：hello.c
#include <stdio.h>int main(void){ printf ("Hello world, Linux programming!\n"); return 0;} |
然后執(zhí)行下面的命令編譯和運(yùn)行這段程序：
# gcc hello.c -o hello# ./helloHello world, Linux programming! |
從程序員的角度看，只需簡單地執(zhí)行一條GCC命令就可以了，但從編譯器的角度來看，卻需要完成一系列非常繁雜的工作。首先，GCC需要調(diào)用預(yù)處理程序cpp，由它負(fù)責(zé)展開在源文件中定義的宏，并向其中插入“#include”語句所包含的內(nèi)容；接著，GCC會調(diào)用ccl和as將處理后的源代碼編譯成目標(biāo)代碼；最后，GCC會調(diào)用鏈接程序ld，把生成的目標(biāo)代碼鏈接成一個(gè)可執(zhí)行程序。
為了更好地理解GCC的工作過程，可以把上述編譯過程分成幾個(gè)步驟單獨(dú)進(jìn)行，并觀察每步的運(yùn)行結(jié)果。第一步是進(jìn)行預(yù)編譯，使用-E參數(shù)可以讓GCC在預(yù)處理結(jié)束后停止編譯過程：
# gcc -E hello.c -o hello.i |
此時(shí)若查看hello.cpp文件中的內(nèi)容，會發(fā)現(xiàn)stdio.h的內(nèi)容確實(shí)都插到文件里去了，而其它應(yīng)當(dāng)被預(yù)處理的宏定義也都做了相應(yīng)的處理。下一步是將hello.i編譯為目標(biāo)代碼，這可以通過使用-c參數(shù)來完成：
# gcc -c hello.i -o hello.o |
GCC默認(rèn)將.i文件看成是預(yù)處理后的C語言源代碼，因此上述命令將自動(dòng)跳過預(yù)處理步驟而開始執(zhí)行編譯過程，也可以使用-x參數(shù)讓GCC從指定的步驟開始編譯。最后一步是將生成的目標(biāo)文件鏈接成可執(zhí)行文件：
在采用模塊化的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行軟件開發(fā)時(shí)，通常整個(gè)程序是由多個(gè)源文件組成的，相應(yīng)地也就形成了多個(gè)編譯單元，使用GCC能夠很好地管理這些編譯單元。假設(shè)有一個(gè)由foo1.c和foo2.c兩個(gè)源文件組成的程序，為了對它們進(jìn)行編譯，并最終生成可執(zhí)行程序foo，可以使用下面這條命令：
# gcc foo1.c foo2.c -o foo |
如果同時(shí)處理的文件不止一個(gè)，GCC仍然會按照預(yù)處理、編譯和鏈接的過程依次進(jìn)行。如果深究起來，上面這條命令大致相當(dāng)于依次執(zhí)行如下三條命令：
# gcc -c foo1.c -o foo1.o# gcc -c foo2.c -o foo2.o# gcc foo1.o foo2.o -o foo |
在編譯一個(gè)包含許多源文件的工程時(shí)，若只用一條GCC命令來完成編譯是非常浪費(fèi)時(shí)間的。假設(shè)項(xiàng)目中有100個(gè)源文件需要編譯，并且每個(gè)源文件中都包含10000行代碼，如果像上面那樣僅用一條GCC命令來完成編譯工作，那么GCC需要將每個(gè)源文件都重新編譯一遍，然后再全部連接起來。很顯然，這樣浪費(fèi)的時(shí)間相當(dāng)多，尤其是當(dāng)用戶只是修改了其中某一個(gè)文件的時(shí)候，完全沒有必要將每個(gè)文件都重新編譯一遍，因?yàn)楹芏嘁呀?jīng)生成的目標(biāo)文件是不會改變的。要解決這個(gè)問題，關(guān)鍵是要靈活運(yùn)用GCC，同時(shí)還要借助像Make這樣的工具。
警告提示功能
GCC包含完整的出錯(cuò)檢查和警告提示功能，它們可以幫助Linux程序員寫出更加專業(yè)和優(yōu)美的代碼。先來讀讀清單2所示的程序，這段代碼寫得很糟糕，仔細(xì)檢查一下不難挑出很多毛?。?
◆main函數(shù)的返回值被聲明為void，但實(shí)際上應(yīng)該是int；
◆使用了GNU語法擴(kuò)展，即使用long long來聲明64位整數(shù)，不符合ANSI/ISO C語言標(biāo)準(zhǔn)；
◆main函數(shù)在終止前沒有調(diào)用return語句。
清單2：illcode.c
#include <stdio.h>void main(void){ long long int var = 1; printf("It is not standard C code!\n");} |
下面來看看GCC是如何幫助程序員來發(fā)現(xiàn)這些錯(cuò)誤的。當(dāng)GCC在編譯不符合ANSI/ISO C語言標(biāo)準(zhǔn)的源代碼時(shí)，如果加上了-pedantic選項(xiàng)，那么使用了擴(kuò)展語法的地方將產(chǎn)生相應(yīng)的警告信息：
# gcc -pedantic illcode.c -o illcodeillcode.c: In function `main':illcode.c:9: ISO C89 does not support `long long'illcode.c:8: return type of `main' is not `int' |
需要注意的是，-pedantic編譯選項(xiàng)并不能保證被編譯程序與ANSI/ISO C標(biāo)準(zhǔn)的完全兼容，它僅僅只能用來幫助Linux程序員離這個(gè)目標(biāo)越來越近。或者換句話說，-pedantic選項(xiàng)能夠幫助程序員發(fā)現(xiàn)一些不符合ANSI/ISO C標(biāo)準(zhǔn)的代碼，但不是全部，事實(shí)上只有ANSI/ISO C語言標(biāo)準(zhǔn)中要求進(jìn)行編譯器診斷的那些情況，才有可能被GCC發(fā)現(xiàn)并提出警告。
除了-pedantic之外，GCC還有一些其它編譯選項(xiàng)也能夠產(chǎn)生有用的警告信息。這些選項(xiàng)大多以-W開頭，其中最有價(jià)值的當(dāng)數(shù)-Wall了，使用它能夠使GCC產(chǎn)生盡可能多的警告信息：
# gcc -Wall illcode.c -o illcodeillcode.c:8: warning: return type of `main' is not `int'illcode.c: In function `main':illcode.c:9: warning: unused variable `var' |
GCC給出的警告信息雖然從嚴(yán)格意義上說不能算作是錯(cuò)誤，但卻很可能成為錯(cuò)誤的棲身之所。一個(gè)優(yōu)秀的Linux程序員應(yīng)該盡量避免產(chǎn)生警告信息，使自己的代碼始終保持簡潔、優(yōu)美和健壯的特性。
在處理警告方面，另一個(gè)常用的編譯選項(xiàng)是-Werror，它要求GCC將所有的警告當(dāng)成錯(cuò)誤進(jìn)行處理，這在使用自動(dòng)編譯工具（如Make等）時(shí)非常有用。如果編譯時(shí)帶上-Werror選項(xiàng)，那么GCC會在所有產(chǎn)生警告的地方停止編譯，迫使程序員對自己的代碼進(jìn)行修改。只有當(dāng)相應(yīng)的警告信息消除時(shí)，才可能將編譯過程繼續(xù)朝前推進(jìn)。執(zhí)行情況如下：
# gcc -Wall -Werror illcode.c -o illcodecc1: warnings being treated as errorsillcode.c:8: warning: return type of `main' is not `int'illcode.c: In function `main':illcode.c:9: warning: unused variable `var' |
對Linux程序員來講，GCC給出的警告信息是很有價(jià)值的，它們不僅可以幫助程序員寫出更加健壯的程序，而且還是跟蹤和調(diào)試程序的有力工具。建議在用GCC編譯源代碼時(shí)始終帶上-Wall選項(xiàng)，并把它逐漸培養(yǎng)成為一種習(xí)慣，這對找出常見的隱式編程錯(cuò)誤很有幫助。
庫依賴
在Linux下開發(fā)軟件時(shí)，完全不使用第三方函數(shù)庫的情況是比較少見的，通常來講都需要借助一個(gè)或多個(gè)函數(shù)庫的支持才能夠完成相應(yīng)的功能。從程序員的角度看，函數(shù)庫實(shí)際上就是一些頭文件（.h）和庫文件（.so或者.a）的集合。雖然Linux下的大多數(shù)函數(shù)都默認(rèn)將頭文件放到/usr/include/目錄下，而庫文件則放到/usr/lib/目錄下，但并不是所有的情況都是這樣。正因如此，GCC在編譯時(shí)必須有自己的辦法來查找所需要的頭文件和庫文件。
GCC采用搜索目錄的辦法來查找所需要的文件，-I選項(xiàng)可以向GCC的頭文件搜索路徑中添加新的目錄。例如，如果在/home/xiaowp/include/目錄下有編譯時(shí)所需要的頭文件，為了讓GCC能夠順利地找到它們，就可以使用-I選項(xiàng)：
# gcc foo.c -I /home/xiaowp/include -o foo |
同樣，如果使用了不在標(biāo)準(zhǔn)位置的庫文件，那么可以通過-L選項(xiàng)向GCC的庫文件搜索路徑中添加新的目錄。例如，如果在/home/xiaowp/lib/目錄下有鏈接時(shí)所需要的庫文件libfoo.so，為了讓GCC能夠順利地找到它，可以使用下面的命令：
# gcc foo.c -L /home/xiaowp/lib -lfoo -o foo |
值得好好解釋一下的是-l選項(xiàng)，它指示GCC去連接庫文件libfoo.so。Linux下的庫文件在命名時(shí)有一個(gè)約定，那就是應(yīng)該以lib三個(gè)字母開頭，由于所有的庫文件都遵循了同樣的規(guī)范，因此在用-l選項(xiàng)指定鏈接的庫文件名時(shí)可以省去lib三個(gè)字母，也就是說GCC在對-lfoo進(jìn)行處理時(shí)，會自動(dòng)去鏈接名為libfoo.so的文件。
Linux下的庫文件分為兩大類分別是動(dòng)態(tài)鏈接庫（通常以.so結(jié)尾）和靜態(tài)鏈接庫（通常以.a結(jié)尾），兩者的差別僅在程序執(zhí)行時(shí)所需的代碼是在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)加載的，還是在編譯時(shí)靜態(tài)加載的。默認(rèn)情況下，GCC在鏈接時(shí)優(yōu)先使用動(dòng)態(tài)鏈接庫，只有當(dāng)動(dòng)態(tài)鏈接庫不存在時(shí)才考慮使用靜態(tài)鏈接庫，如果需要的話可以在編譯時(shí)加上-static選項(xiàng)，強(qiáng)制使用靜態(tài)鏈接庫。例如，如果在/home/xiaowp/lib/目錄下有鏈接時(shí)所需要的庫文件libfoo.so和libfoo.a，為了讓GCC在鏈接時(shí)只用到靜態(tài)鏈接庫，可以使用下面的命令：
# gcc foo.c -L /home/xiaowp/lib -static -lfoo -o foo |
代碼優(yōu)化
代碼優(yōu)化指的是編譯器通過分析源代碼，找出其中尚未達(dá)到最優(yōu)的部分，然后對其重新進(jìn)行組合，目的是改善程序的執(zhí)行性能。GCC提供的代碼優(yōu)化功能非常強(qiáng)大，它通過編譯選項(xiàng)-On來控制優(yōu)化代碼的生成，其中n是一個(gè)代表優(yōu)化級別的整數(shù)。對于不同版本的GCC來講，n的取值范圍及其對應(yīng)的優(yōu)化效果可能并不完全相同，比較典型的范圍是從0變化到2或3。
編譯時(shí)使用選項(xiàng)-O可以告訴GCC同時(shí)減小代碼的長度和執(zhí)行時(shí)間，其效果等價(jià)于-O1。在這一級別上能夠進(jìn)行的優(yōu)化類型雖然取決于目標(biāo)處理器，但一般都會包括線程跳轉(zhuǎn)（Thread Jump）和延遲退棧（Deferred Stack Pops）兩種優(yōu)化。選項(xiàng)-O2告訴GCC除了完成所有-O1級別的優(yōu)化之外，同時(shí)還要進(jìn)行一些額外的調(diào)整工作，如處理器指令調(diào)度等。選項(xiàng)-O3則除了完成所有-O2級別的優(yōu)化之外，還包括循環(huán)展開和其它一些與處理器特性相關(guān)的優(yōu)化工作。通常來說，數(shù)字越大優(yōu)化的等級越高，同時(shí)也就意味著程序的運(yùn)行速度越快。許多Linux程序員都喜歡使用-O2選項(xiàng)，因?yàn)樗趦?yōu)化長度、編譯時(shí)間和代碼大小之間，取得了一個(gè)比較理想的平衡點(diǎn)。
下面通過具體實(shí)例來感受一下GCC的代碼優(yōu)化功能，所用程序如清單3所示。
清單3：optimize.c
#include <stdio.h> int main(void){ double counter; double result; double temp; for (counter = 0; counter < 2000.0 * 2000.0 * 2000.0 / 20.0 + 2020; counter += (5 - 1) / 4) { temp = counter / 1979; result = counter; } printf("Result is %lf\n", result); return 0;} |
首先不加任何優(yōu)化選項(xiàng)進(jìn)行編譯：
# gcc -Wall optimize.c -o optimize |
借助Linux提供的time命令，可以大致統(tǒng)計(jì)出該程序在運(yùn)行時(shí)所需要的時(shí)間：
# time ./optimizeResult is 400002019.000000real 0m14.942suser 0m14.940ssys 0m0.000s |
接下去使用優(yōu)化選項(xiàng)來對代碼進(jìn)行優(yōu)化處理：
# gcc -Wall -O optimize.c -o optimize |
在同樣的條件下再次測試一下運(yùn)行時(shí)間：
# time ./optimizeResult is 400002019.000000real 0m3.256suser 0m3.240ssys 0m0.000s |
對比兩次執(zhí)行的輸出結(jié)果不難看出，程序的性能的確得到了很大幅度的改善，由原來的14秒縮短到了3秒。這個(gè)例子是專門針對GCC的優(yōu)化功能而設(shè)計(jì)的，因此優(yōu)化前后程序的執(zhí)行速度發(fā)生了很大的改變。盡管GCC的代碼優(yōu)化功能非常強(qiáng)大，但作為一名優(yōu)秀的Linux程序員，首先還是要力求能夠手工編寫出高質(zhì)量的代碼。如果編寫的代碼簡短，并且邏輯性強(qiáng)，編譯器就不會做更多的工作，甚至根本用不著優(yōu)化。
優(yōu)化雖然能夠給程序帶來更好的執(zhí)行性能，但在如下一些場合中應(yīng)該避免優(yōu)化代碼：
◆ 程序開發(fā)的時(shí)候 優(yōu)化等級越高，消耗在編譯上的時(shí)間就越長，因此在開發(fā)的時(shí)候最好不要使用優(yōu)化選項(xiàng)，只有到軟件發(fā)行或開發(fā)結(jié)束的時(shí)候，才考慮對最終生成的代碼進(jìn)行優(yōu)化。
◆ 資源受限的時(shí)候 一些優(yōu)化選項(xiàng)會增加可執(zhí)行代碼的體積，如果程序在運(yùn)行時(shí)能夠申請到的內(nèi)存資源非常緊張（如一些實(shí)時(shí)嵌入式設(shè)備），那就不要對代碼進(jìn)行優(yōu)化，因?yàn)橛蛇@帶來的負(fù)面影響可能會產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。
◆ 跟蹤調(diào)試的時(shí)候 在對代碼進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，某些代碼可能會被刪除或改寫，或者為了取得更佳的性能而進(jìn)行重組，從而使跟蹤和調(diào)試變得異常困難。
調(diào)試
一個(gè)功能強(qiáng)大的調(diào)試器不僅為程序員提供了跟蹤程序執(zhí)行的手段，而且還可以幫助程序員找到解決問題的方法。對于Linux程序員來講，GDB（GNU Debugger）通過與GCC的配合使用，為基于Linux的軟件開發(fā)提供了一個(gè)完善的調(diào)試環(huán)境。
默認(rèn)情況下，GCC在編譯時(shí)不會將調(diào)試符號插入到生成的二進(jìn)制代碼中，因?yàn)檫@樣會增加可執(zhí)行文件的大小。如果需要在編譯時(shí)生成調(diào)試符號信息，可以使用GCC的-g或者-ggdb選項(xiàng)。GCC在產(chǎn)生調(diào)試符號時(shí)，同樣采用了分級的思路，開發(fā)人員可以通過在-g選項(xiàng)后附加數(shù)字1、2或3來指定在代碼中加入調(diào)試信息的多少。默認(rèn)的級別是2（-g2），此時(shí)產(chǎn)生的調(diào)試信息包括擴(kuò)展的符號表、行號、局部或外部變量信息。級別3（-g3）包含級別2中的所有調(diào)試信息，以及源代碼中定義的宏。級別1（-g1）不包含局部變量和與行號有關(guān)的調(diào)試信息，因此只能夠用于回溯跟蹤和堆棧轉(zhuǎn)儲之用?；厮莞欀傅氖潜O(jiān)視程序在運(yùn)行過程中的函數(shù)調(diào)用歷史，堆棧轉(zhuǎn)儲則是一種以原始的十六進(jìn)制格式保存程序執(zhí)行環(huán)境的方法，兩者都是經(jīng)常用到的調(diào)試手段。
GCC產(chǎn)生的調(diào)試符號具有普遍的適應(yīng)性，可以被許多調(diào)試器加以利用，但如果使用的是GDB，那么還可以通過-ggdb選項(xiàng)在生成的二進(jìn)制代碼中包含GDB專用的調(diào)試信息。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是可以方便GDB的調(diào)試工作，但缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致其它調(diào)試器（如DBX）無法進(jìn)行正常的調(diào)試。選項(xiàng)-ggdb能夠接受的調(diào)試級別和-g是完全一樣的，它們對輸出的調(diào)試符號有著相同的影響。
需要注意的是，使用任何一個(gè)調(diào)試選項(xiàng)都會使最終生成的二進(jìn)制文件的大小急劇增加，同時(shí)增加程序在執(zhí)行時(shí)的開銷，因此調(diào)試選項(xiàng)通常僅在軟件的開發(fā)和調(diào)試階段使用。調(diào)試選項(xiàng)對生成代碼大小的影響從下面的對比過程中可以看出來：
# gcc optimize.c -o optimize# ls optimize -l-rwxrwxr-x 1 xiaowp xiaowp 11649 Nov 20 08:53 optimize (未加調(diào)試選項(xiàng))# gcc -g optimize.c -o optimize# ls optimize -l-rwxrwxr-x 1 xiaowp xiaowp 15889 Nov 20 08:54 optimize (加入調(diào)試選項(xiàng)) |
雖然調(diào)試選項(xiàng)會增加文件的大小，但事實(shí)上Linux中的許多軟件在測試版本甚至最終發(fā)行版本中仍然使用了調(diào)試選項(xiàng)來進(jìn)行編譯，這樣做的目的是鼓勵(lì)用戶在發(fā)現(xiàn)問題時(shí)自己動(dòng)手解決，是Linux的一個(gè)顯著特色。
下面還是通過一個(gè)具體的實(shí)例說明如何利用調(diào)試符號來分析錯(cuò)誤，所用程序見清單4所示。
清單4：crash.c
#include <stdio.h> int main(void){ int input =0; printf("Input an integer:"); scanf("%d", input); printf("The integer you input is %d\n", input); return 0;} |
編譯并運(yùn)行上述代碼，會產(chǎn)生一個(gè)嚴(yán)重的段錯(cuò)誤（Segmentation fault）如下：
# gcc -g crash.c -o crash# ./crashInput an integer:10Segmentation fault |
為了更快速地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤所在，可以使用GDB進(jìn)行跟蹤調(diào)試，方法如下：
# gdb crashGNU gdb Red Hat Linux (5.3post-0.20021129.18rh)……(gdb) |
當(dāng)GDB提示符出現(xiàn)的時(shí)候，表明GDB已經(jīng)做好準(zhǔn)備進(jìn)行調(diào)試了，現(xiàn)在可以通過run命令讓程序開始在GDB的監(jiān)控下運(yùn)行：
(gdb) runStarting program: /home/xiaowp/thesis/gcc/code/crashInput an integer:10Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.0x4008576b in _IO_vfscanf_internal () from /lib/libc.so.6 |
仔細(xì)分析一下GDB給出的輸出結(jié)果不難看出，程序是由于段錯(cuò)誤而導(dǎo)致異常中止的，說明內(nèi)存操作出了問題，具體發(fā)生問題的地方是在調(diào)用_IO_vfscanf_internal ( )的時(shí)候。為了得到更加有價(jià)值的信息，可以使用GDB提供的回溯跟蹤命令backtrace，執(zhí)行結(jié)果如下：
(gdb) backtrace#0 0x4008576b in _IO_vfscanf_internal () from /lib/libc.so.6#1 0xbffff0c0 in ?? ()#2 0x4008e0ba in scanf () from /lib/libc.so.6#3 0x08048393 in main () at crash.c:11#4 0x40042917 in __libc_start_main () from /lib/libc.so.6 |
跳過輸出結(jié)果中的前面三行，從輸出結(jié)果的第四行中不難看出，GDB已經(jīng)將錯(cuò)誤定位到crash.c中的第11行了?，F(xiàn)在仔細(xì)檢查一下：
(gdb) frame 3#3 0x08048393 in main () at crash.c:1111 scanf("%d", input); |
使用GDB提供的frame命令可以定位到發(fā)生錯(cuò)誤的代碼段，該命令后面跟著的數(shù)值可以在backtrace命令輸出結(jié)果中的行首找到?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤所在了，應(yīng)該將
scanf("%d", input);改為scanf("%d", &input); |
完成后就可以退出GDB了，命令如下：
GDB的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止如此，它還可以單步跟蹤程序、檢查內(nèi)存變量和設(shè)置斷點(diǎn)等。
調(diào)試時(shí)可能會需要用到編譯器產(chǎn)生的中間結(jié)果，這時(shí)可以使用-save-temps選項(xiàng)，讓GCC將預(yù)處理代碼、匯編代碼和目標(biāo)代碼都作為文件保存起來。如果想檢查生成的代碼是否能夠通過手工調(diào)整的辦法來提高執(zhí)行性能，在編譯過程中生成的中間文件將會很有幫助，具體情況如下：
# gcc -save-temps foo.c -o foo# ls foo*foo foo.c foo.i foo.s |
GCC支持的其它調(diào)試選項(xiàng)還包括-p和-pg，它們會將剖析（Profiling）信息加入到最終生成的二進(jìn)制代碼中。剖析信息對于找出程序的性能瓶頸很有幫助，是協(xié)助Linux程序員開發(fā)出高性能程序的有力工具。在編譯時(shí)加入-p選項(xiàng)會在生成的代碼中加入通用剖析工具（Prof）能夠識別的統(tǒng)計(jì)信息，而-pg選項(xiàng)則生成只有GNU剖析工具（Gprof）才能識別的統(tǒng)計(jì)信息。
最后提醒一點(diǎn)，雖然GCC允許在優(yōu)化的同時(shí)加入調(diào)試符號信息，但優(yōu)化后的代碼對于調(diào)試本身而言將是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。代碼在經(jīng)過優(yōu)化之后，在源程序中聲明和使用的變量很可能不再使用，控制流也可能會突然跳轉(zhuǎn)到意外的地方，循環(huán)語句有可能因?yàn)檠h(huán)展開而變得到處都有，所有這些對調(diào)試來講都將是一場噩夢。建議在調(diào)試的時(shí)候最好不使用任何優(yōu)化選項(xiàng)，只有當(dāng)程序在最終發(fā)行的時(shí)候才考慮對其進(jìn)行優(yōu)化。
上次的培訓(xùn)園地中介紹了GCC的編譯過程、警告提示功能、庫依賴、代碼優(yōu)化和程序調(diào)試六個(gè)方面的內(nèi)容。這期是最后的一部分內(nèi)容。
加速
在將源代碼變成可執(zhí)行文件的過程中，需要經(jīng)過許多中間步驟，包含預(yù)處理、編譯、匯編和連接。這些過程實(shí)際上是由不同的程序負(fù)責(zé)完成的。大多數(shù)情況下GCC可以為Linux程序員完成所有的后臺工作，自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)程序進(jìn)行處理。
這樣做有一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)，就是GCC在處理每一個(gè)源文件時(shí)，最終都需要生成好幾個(gè)臨時(shí)文件才能完成相應(yīng)的工作，從而無形中導(dǎo)致處理速度變慢。例如，GCC在處理一個(gè)源文件時(shí)，可能需要一個(gè)臨時(shí)文件來保存預(yù)處理的輸出、一個(gè)臨時(shí)文件來保存編譯器的輸出、一個(gè)臨時(shí)文件來保存匯編器的輸出，而讀寫這些臨時(shí)文件顯然需要耗費(fèi)一定的時(shí)間。當(dāng)軟件項(xiàng)目變得非常龐大的時(shí)候，花費(fèi)在這上面的代價(jià)可能會變得很沉重。
解決的辦法是，使用Linux提供的一種更加高效的通信方式—管道。它可以用來同時(shí)連接兩個(gè)程序，其中一個(gè)程序的輸出將被直接作為另一個(gè)程序的輸入，這樣就可以避免使用臨時(shí)文件，但編譯時(shí)卻需要消耗更多的內(nèi)存。
在編譯過程中使用管道是由GCC的-pipe選項(xiàng)決定的。下面的這條命令就是借助GCC的管道功能來提高編譯速度的：
在編譯小型工程時(shí)使用管道，編譯時(shí)間上的差異可能還不是很明顯，但在源代碼非常多的大型工程中，差異將變得非常明顯。
文件擴(kuò)展名
在使用GCC的過程中，用戶對一些常用的擴(kuò)展名一定要熟悉，并知道其含義。為了方便大家學(xué)習(xí)使用GCC，在此將這些擴(kuò)展名羅列如下：
.c C原始程序；
.C C++原始程序；
.cc C++原始程序；
.cxx C++原始程序；
.m Objective-C原始程序；
.i 已經(jīng)過預(yù)處理的C原始程序；
.ii 已經(jīng)過預(yù)處理之C++原始程序；
.s 組合語言原始程序；
.S 組合語言原始程序；
.h 預(yù)處理文件(標(biāo)頭文件)；
.o 目標(biāo)文件；
.a 存檔文件。
GCC常用選項(xiàng)
GCC作為Linux下C/C++重要的編譯環(huán)境，功能強(qiáng)大，編譯選項(xiàng)繁多。為了方便大家日后編譯方便，在此將常用的選項(xiàng)及說明羅列出來如下：
-c 通知GCC取消鏈接步驟，即編譯源碼并在最后生成目標(biāo)文件；
-Dmacro 定義指定的宏，使它能夠通過源碼中的#ifdef進(jìn)行檢驗(yàn)；
-E 不經(jīng)過編譯預(yù)處理程序的輸出而輸送至標(biāo)準(zhǔn)輸出；
-g3 獲得有關(guān)調(diào)試程序的詳細(xì)信息，它不能與-o選項(xiàng)聯(lián)合使用；
-Idirectory 在包含文件搜索路徑的起點(diǎn)處添加指定目錄；
-llibrary 提示鏈接程序在創(chuàng)建最終可執(zhí)行文件時(shí)包含指定的庫；
-O、-O2、-O3 將優(yōu)化狀態(tài)打開，該選項(xiàng)不能與-g選項(xiàng)聯(lián)合使用；
-S 要求編譯程序生成來自源代碼的匯編程序輸出；
-v 啟動(dòng)所有警報(bào)；
-Wall 在發(fā)生警報(bào)時(shí)取消編譯操作，即將警報(bào)看作是錯(cuò)誤；
-Werror 在發(fā)生警報(bào)時(shí)取消編譯操作，即把報(bào)警當(dāng)作是錯(cuò)誤；
-w 禁止所有的報(bào)警。
小結(jié)
GCC是在Linux下開發(fā)程序時(shí)必須掌握的工具之一。本文對GCC做了一個(gè)簡要的介紹，主要講述了如何使用GCC編譯程序、產(chǎn)生警告信息、調(diào)試程序和加快GCC的編譯速度。對所有希望早日跨入Linux開發(fā)者行列的人來說，GCC就是成為一名優(yōu)秀的Linux程序員的起跑線。
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posted on 2007-03-16 15:01
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