嵌入式C语言

2 GCC

2.1 GCC的使用及其常用选项

1. 基本概念
   • GCC全称是GNU Compiler Collection，它是一个功能强大的编译器套件。它不仅仅是一个简单的编译器，而是包含了多种编程语言编译器以及相关工具的集合。
   • GNU是个组织，是个开源社区的标杆。G代表标杆。
2. 主要功能
   • 编译多种语言
     • 可以编译C语言。C语言是一种广泛应用于系统编程和底层开发的编程语言，GCC能够将C语言源程序（以.c为扩展名）编译成可执行文件。例如，一个简单的“Hello, World!”程序：

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

• 用GCC编译这个程序时，在命令行中输入gcc -o hello hello.c，就可以生成名为hello的可执行文件。
• 能编译C++。对于C++程序（以.cpp为扩展名），GCC也能很好地处理。比如一个简单的C++类定义和使用的程序：

#include <iostream>
class MyClass
{
public:
    void print()
    {
        std::cout << "This is MyClass." << std::endl;
    }
};
int main()
{
    MyClass obj;
    obj.print();
    return 0;
}

• 通过g++ -o myclass myclass.cpp（g++是GCC中用于编译C++的工具）命令来编译这个C++程序，生成可执行文件myclass。
• 除了C和C++，还可以编译Objective - C、Fortran、Ada和Go等语言，为不同编程需求的用户提供了一站式的编译解决方案。
• 优化编译选项
  • GCC提供了一系列的优化选项来提高生成代码的性能。例如，-O（大写字母O）选项可以进行基本的优化。-O2是更高级别的优化，它会对程序的代码结构、循环展开等多个方面进行优化，从而使生成的可执行文件在运行时更快。不过，高度的优化可能会增加编译时间，并且在某些情况下可能会导致程序出现一些难以调试的问题。
• 代码生成和目标平台支持
  • 可以针对不同的目标平台生成代码。无论是32位还是64位的计算机系统，无论是x86架构还是ARM架构，GCC都能够根据目标平台的特性生成相应的机器语言代码。例如，在为嵌入式ARM设备开发软件时，通过配置合适的参数，GCC可以生成适合该ARM设备运行的二进制代码。

3. 在软件开发中的地位
   • 跨平台开发
     • 在跨平台软件开发中具有重要地位。它使得开发者可以在一个平台上编写代码，然后通过简单地调整编译参数，将代码编译成适用于其他平台的可执行文件。比如，开发一个同时支持Windows（通过Cygwin等工具）和Linux平台的应用程序，GCC可以帮助减少平台差异带来的问题。
   • 开源和社区支持
     • 作为GNU项目的一部分，GCC是开源软件。这意味着它的源代码是公开的，全球的开发者都可以对其进行研究、修改和贡献。这种开源的模式使得GCC能够不断地改进和完善，并且社区可以提供各种插件和扩展工具来增强GCC的功能。例如，有一些插件可以帮助检测代码中的安全漏洞或者进行代码风格检查等。

2.2 部分命令

-S

gcc -s命令用于将源文件（如.c、.cpp）编译成汇编代码文件（.s后缀）。它可以帮助开发者理解程序在汇编层面的逻辑，用于性能分析和代码优化。例如对于test.c，执行gcc -s test.c会生成test.s汇编文件，并且可以和其他编译选项配合使用来灵活控制编译流程。

-c

1. 基本含义
   • gcc -c是GCC编译器的一个命令选项组合。其中，-c选项的作用是只进行编译（Compile）操作，而不进行链接（Link）操作。这意味着它会把输入的源文件（如.c、.cpp等）编译成目标文件（以.o为后缀，在Windows下可能是.obj）。
2. 编译过程解释
   • 在编译过程中，编译器会对源文件进行词法分析、语法分析、语义分析、代码生成等步骤。例如，对于一个简单的C语言源文件，它会把C语言的代码转换为机器相关的目标代码格式存储在目标文件中。但是，由于没有进行链接操作，这个目标文件可能还不能直接运行。因为如果源文件中引用了其他外部函数（如标准库函数printf），目标文件中只是记录了这些函数的引用信息，还需要通过链接步骤来确定这些函数的具体实现位置。
3. 示例说明
   • 假设有一个简单的C语言源文件main.c：

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

   • 当执行gcc -c main.c命令时，GCC会生成一个名为main.o的目标文件。这个目标文件包含了main函数的机器码（部分编译后的代码）以及对printf函数的引用信息。
4. 与完整编译流程的对比和用途
   • 相比于完整的编译链接流程（如直接使用gcc main.c -o main，其中-o选项用于指定输出文件名），gcc -c只是完成了其中的编译部分。这种方式在大型项目的编译过程中很有用。例如，在一个包含多个源文件的项目中，可以先对每个源文件分别使用gcc -c进行编译，得到对应的目标文件，然后再通过链接器（如ld命令或者让GCC自动调用链接器进行链接）将这些目标文件链接在一起，这样可以提高编译效率。因为如果只有一个源文件发生了变化，只需要重新编译这个源文件为目标文件，然后重新链接所有目标文件即可，而不需要重新编译所有的源文件。