gcc -static hello.c 背后究竟发生了什么

本文深入分析了使用gcc-static编译时的详细过程,包括编译、汇编、链接步骤,以及静态链接库libc.a的组成与用途。通过实例展示了如何使用gcc-static命令,并解释了其输出的各个选项与参数的作用。

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    大家可能经常使用gcc -static ***.c,那么这个静态链接究竟使用了什么命令,又链接了哪些库呢?

    我们首先来分析libc.a是个什么文件。我们已经知道了xxx.so是动态链接库,xxx.o是静态链接库或者说可重定位文件,/bin/bash为可执行文件

    libc.a其实是很多可重定位文件的集合,而且每个可重定位文件中一般都只写一个函数。例如printf.o只有printf一个函数,目的是为了在静态链接时少链接一些没用的库。

 

    首先使用命令locate libc.a,我们会找到libc.a位于/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libc.a,然后使用命令ar -t libc.a来查看里面包含多少个可重定位文件。大家可以试一下,里面包含的可重定位文件非常多,一个屏幕是显示不下的。其中包括printf.o。


    使用命令ar -x libc.a解压,会找到printf.o文件,此时使用nm printf.o,得到以下结果:


    再一次印证了printf.o只有printf一个函数,目的是为了在静态链接时少链接一些没用的库。


    下面我们附上hello.c源代码:

#include <stdio.h>

int main()
{
	printf("HelloWorld\n");
	return 0;
}

    使用命令 gcc -static --verbose -fno-builtin hello.c,--verbose是为了输入编译的详细信息,-fno-builtin,是阻止编译器把printf变成puts。得到结果如下:

Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/lto-wrapper
Target: x86_64-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-4.6/README.Bugs --enable-languages=c,c++,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --program-suffix=-4.6 --enable-shared --enable-linker-build-id --with-system-zlib --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --with-gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.6 --libdir=/usr/lib --enable-nls --with-sysroot=/ --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --enable-gnu-unique-object --enable-plugin --enable-objc-gc --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-tune=generic --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 4.6.3 (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 
COLLECT_GCC_OPTIONS='-static' '-v' '-fno-builtin' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/cc1 -quiet -v -imultilib . -imultiarch x86_64-linux-gnu hello.c -quiet -dumpbase hello.c -mtune=generic -march=x86-64 -auxbase hello -version -fno-builtin -fstack-protector -o /tmp/ccrSGv2J.s
GNU C (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) version 4.6.3 (x86_64-linux-gnu)
compiled by GNU C version 4.6.3, GMP version 5.0.2, MPFR version 3.1.0-p3, MPC version 0.9
GGC heuristics: --param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072
ignoring nonexistent directory "/usr/local/include/x86_64-linux-gnu"
ignoring nonexistent directory "/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/../../../../x86_64-linux-gnu/include"
#include "..." search starts here:
#include <...> search starts here:
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/include
 /usr/local/include
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/include-fixed
 /usr/include/x86_64-linux-gnu
 /usr/include
End of search list.
GNU C (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) version 4.6.3 (x86_64-linux-gnu)
compiled by GNU C version 4.6.3, GMP version 5.0.2, MPFR version 3.1.0-p3, MPC version 0.9
GGC heuristics: --param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072
Compiler executable checksum: 75e879ed14f91af504f4150eadeaa0e6
COLLECT_GCC_OPTIONS='-static' '-v' '-fno-builtin' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 as --64 -o /tmp/cc5x9Ffe.o /tmp/ccrSGv2J.s
COMPILER_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/
LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/../../../x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/../../../../lib/:/lib/x86_64-linux-gnu/:/lib/../lib/:/usr/lib/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/../lib/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/../../../:/lib/:/usr/lib/
COLLECT_GCC_OPTIONS='-static' '-v' '-fno-builtin' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/collect2 --sysroot=/ --build-id --no-add-needed --as-needed -m elf_x86_64 --hash-style=gnu -static -z relro /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/../../../x86_64-linux-gnu/crt1.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/../../../x86_64-linux-gnu/crti.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/crtbeginT.o -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6 -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/../../../x86_64-linux-gnu -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/../../../../lib -L/lib/x86_64-linux-gnu -L/lib/../lib -L/usr/lib/x86_64-linux-gnu -L/usr/lib/../lib -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/../../.. /tmp/cc5x9Ffe.o --start-group -lgcc -lgcc_eh -lc --end-group /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/crtend.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.6/../../../x86_64-linux-gnu/crtn.o


    上面红字部分

    第一步:编译,使用命令cc1,将hello.c编译成/tmp/ccrSGv2J.s。

    第二步:汇编,使用命令as,将/tmp/ccrSGv2J.s生成/tmp/cc5x9Ffe.o。

    第三步:链接,使用命令collect2(可以看成是ld的升级版),把/tmp/cc5x9Ffe.o和下图的静态链接库链接在一起。



    至此,gcc -static hello.c 背后发生的故事已经分析完了,本文参考程序员的自我修养

任务描述 在当前目录下存在两个子目录: inc 和 src , inc 下面有static_develop.h和static_entry.h, src 下面有static_develop.c、static_entry.c和main.c。 本关任务: 分别利用static_develop.c、static_entry.c和main.c生成相应的.i、.s和.o文件; 利用前面的文件生成libMakeStatic.a; 直接利用static_develop.c、static_entry.c和main.c生成MakeStatic.out。 相关知识 我们通常把一些公用函数制作成函数库,供其它程序使用。函数库分为静态库和动态库两种。静态库在程序编译时会被连接到目标代码中,程序运行时将不再需要该静态库。 静态库是一堆 object 对象的集合,使用 ar 命令可以将编译产生的.o文件打包成.a静态库。 对于模块中代码文件较少的来说,通常我们可以将该模块编写为一个静态库。 源码文件说明 Test.c是函数库的源程序,其中包含公用函数 test,该函数将在屏幕上输出Make a static library!。Test.h为该函数库的头文件。Main.c为测试库文件的主程序,在主程序中调用了公用函数 test 。 /*********************************************** ****************Test.h************************** ************************************************/ #ifndef HELLO_H #define HELLO_H void test(const char *name); #endif //HELLO_H /*********************************************** ****************Test.c************************** ************************************************/ #include <stdio.h> void test(const char *name) { printf("Make %s! ", name); } /*********************************************** ****************Main.c************************** ************************************************/ #include "Test.h" int main() { hello("a static library"); return 0; } 编译静态库分解步骤 我们将静态库取名为libTest.a。使用的主要命令是 gcc 和 ar , gcc主要用来产生.i,.s和. o文件, ar 主要用来将.o文件链接成静态库。 按照背景知识中介绍的编译步骤,编译生成静态库的步骤如下: 预编译:gcc -E Main.c -o Main.i && gcc -E Test.c -o Test.i 编译:gcc -s Main.i -o Main.s && gcc-s Test.i -o Test.s 汇编:gcc -c Test.s -o Test.o && gcc -c Test.s -o Test.o 链接:ar crv libTest.a Main.o Test.o 也可以将前面三步汇总为一步: gcc Main.c Test.c -o Test.out ar crv libTest.a Test.out 指定头文件目录 在编译的过程中,编译工具会根据源文件所#include的字符串去找头文件,默认是编译器里头文件的目录。如果需要添加额外的头文件目录,需要程序员自行制定。定义规则如下: LOCALDIR = . INCLUDE += -I${LOCALDIR}/include/ ......... gcc ${INCLUDE} hello.c -O hello ......... Makefile目标与依赖的格式 目标与依赖的格式非常重要,尤其是命令前面一定要使用**TAB键补全**。 格式如下: 目标:依赖文件 【tab】命令 示例如下: Test.out : Main.c Test.c gcc $^ -o $@ helloworld.c 编程要求 在当前目录下存在两个子目录: inc 和 src , i
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