「Linux 系统编程」gcc 编译及常用参数

0 什么是 gcc

在 Linux 系统中，gcc（GNU Compiler Collection）是将 C、C++ 等源代码编译成可执行程序的核心工具。

gcc 编译程序的简单示例：

# 将 test.c 编译为可执行文件 test
gcc test.c -o test  

如果是 C++ 程序，通常采用 g++（gcc 的 C++ 特殊版本）：

# 将 C++ 程序 test.cpp 编译为可执行文件 test
g++ test.cpp -o test

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1 gcc 编译过程

gcc 编译主要分为四个阶段，分别为 预处理、编译、汇编、链接。

1. 预处理 (Preprocessing)

   处理源代码中 以 # 开头的指令（如 #include, #define, #ifdef 等），展开头文件内容、进行宏替换、条件编译等。

   添加参数 -E 可以生成对应的预处理之后的代码（.i 文件）。例如：

   gcc -E source.c -o preprocessed.i

2. 编译 (Compilation)

   将预处理后的源代码（.i 文件）翻译成特定处理器架构的 汇编语言（.s 文件）。

   添加参数 -S 可以生成对应的编译之后的汇编语言文件：

   gcc -S preprocessed.i -o assembly.s

   或直接 gcc -S source.c -o assembly.s。

3. 汇编 (Assembly)

   将汇编语言文件（.s 文件）翻译成 机器指令（目标代码），生成 可重定位目标文件（.o 文件）。

   添加参数 -S 可以生成对应的汇编之后的目标文件：

   gcc -c assembly.s -o object.o

   或直接 gcc -c source.c -o object.o

4. 链接 (Linking)

   将一个或多个 .o 文件合并，并解析这些文件中的符号引用（如函数名、全局变量名）。

   将引用的符号与其定义（可能在同一个 .o 文件、其他 .o 文件或预编译的库 .a / .so 中）关联起来。

   将程序 与所需的系统库（如标准 C 库 libc）链接，并分配最终的内存地址（布局）。

   最终 输出可执行文件。默认为 a.out，可以添加 -o 指定输出文件名。

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2 gcc 常用编译参数

2.1 基础编译和输出控制

• -o <output_file>：指定输出文件名，

  gcc test.c -o my_test # 指定输出文件名为 my_test

• -c：只进行预处理、编译和汇编，生成 .o 目标文件，

  gcc -c my_utils.c # 生成目标文件 my_utils.o

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2.2 调试信息

• -g：可执行文件或目标文件中生成调试信息（供 gdb 使用）。

  gcc -g test.c -o debug_test

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2.3 程序优化

• O0: 关闭优化（默认）。编译快，适合调试。

• O1, -O2, -O3: 递增的优化级别。-O2 通常是最佳平衡点（性能提升显著，编译时间可接受，调试影响相对小）；-O3 激进优化，可能增加代码大小或轻微改变行为。

  gcc -O2 main.c -o fast_program

• Os: 优化代码大小。

• Ofast: 启用所有 -O3 优化，并放宽严格标准合规性以追求更快速度（可能影响浮点精度等）

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2.4 警告控制

• -Wall: 启用 绝大多数 常用警告。

  gcc -Wall test.c -o program

• -Wextra: 启用 -Wall 不包括的额外警告。

  gcc -Wall -Wextra test.c -o program

• -Werror: 将所有警告视为 错误。强制要求 消除警告才能编译成功。

  gcc -Wall -Werror test.c -o program

• -w: 关闭所有警告。

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2.5 头文件和库路径

• -I <directory>: 添加 头文件 搜索路径。

  gcc test.c -o program -I/path/to/my/includes

• -L <directory>: 添加 库文件 搜索路径。

  gcc test.c -o program -lmylib -L/path/to/my/libs

• -l <library>: 链接指定的库。库名需去掉前缀 lib 和后缀（.a/.so）。

  gcc test.c -o program -lm  # 链接数学库 libm.so
  gcc test.c -o program -lpthread  # 链接 POSIX 线程库 libpthread.so

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2.6 宏定义

• -D <macro>[=value]：在命令行定义宏。常用于条件编译。

  gcc -D DEBUG test.c -o program  # 定义宏 DEBUG
  gcc -D VERSION=\"1.0\" test.c -o program  # 定义宏 VERSION 并赋值

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2.7 标准版本

• -std=<standard>: 指定要遵循的语言标准。

  gcc -std=c11 test.c -o program  # 使用 C11 标准

  gcc -std=c++17 test.cpp -o program  # 使用 C++17 标准

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2.8 静态链接

• -static: 强制链接器进行静态链接。程序包含所有依赖库的副本，体积大，但运行时不再依赖系统库版本。

  gcc -static main.c -o static_program

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2.9 生成位置无关代码 (PIC/PIE)

• -fPIC / -fPIE: 生成位置无关代码。

  -fPIC 主要用于创建共享库（.so），-fPIE 用于创建位置无关的可执行文件（增强安全性 ASLR）。

  gcc -fPIC -shared helper.c -o libhelper.so # 创建共享库
  gcc -fPIE -pie main.c -o pie_program  # 创建 PIE 可执行文件