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2.2. 使用 GCC 构建代码

了解源代码必须转换为可执行代码的情况。

2.2.1. 代码表单之间的关系
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C 和 C++ 语言具有三种形式的代码，它们通过构建过程的不同阶段创建。了解这些关系可帮助您有效地使用 GCC。

C 和 C++ 语言有三种形式的代码：

  • 用 C 或 C++ 语言编写的 源代码，以纯文本文件形式呈现。

    文件通常使用如 .c,.cc,.cpp,.h,.hpp,.i,.inc 的扩展名。有关支持的扩展及其解释的完整列表，请查看 gcc 手册页： 

    $ man gcc

  • 目标代码，是使用 编译器 编译 源代码创建的。这是一种中间形式。

    目标代码文件使用 .o 扩展名。

  • 可执行代码,通过带有一个 linker 的 linking 对象代码来创建。

    Linux 应用程序可执行文件不使用任何文件名扩展名。共享目标(library)可执行文件使用 .so 文件名扩展名。

注意

也存在用于静态链接的库存档文件。这是使用 .a 文件名扩展名的目标代码的变体。不建议使用静态链接。请参阅 静态和动态链接。

从源代码生成可执行代码分为两个步骤，这需要不同的应用程序或工具：

  1. 源文件编译成目标文件。
  2. 目标文件和库被链接（包括之前编译的源）。

GCC 可用作编译器和链接器的智能驱动程序。这允许您将单个 gcc 命令用于任何必要的操作（编译和链接）。GCC 自动选择操作及其序列。

您可以运行 GCC 来仅编译、链接或执行这两个步骤。这由输入的类型和输出的请求类型决定。

因为大型项目需要一个通常为每个操作单独运行 GCC 的构建系统，因此最好始终将编译和链接视为两个不同的操作，即使 GCC 可以同时执行这两个操作。

2.2.2. 将源文件编译成目标代码
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要从源代码文件而不是可执行文件立即创建目标代码文件，必须指示 GCC 仅将目标代码文件创建为其输出。此操作代表了大型项目的构建过程的基本操作。

先决条件

流程

  1. 在终端中，打开包含源代码文件的目录。

  2. 使用 -c 选项运行 gcc ： 

    $ gcc -c source.c another_source.c

    创建目标文件，其文件名反了映原始源代码文件： source.c 会生成 source.o。

    注意

    使用 C++ 源代码，将 gcc 命令替换为 g++，以方便处理 C++ 标准库依赖项。

其他资源

2.2.3. 使用 GCC 启用 C 和 C++ 应用程序的调试
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编译器默认省略调试信息，以保持二进制文件小。要使用它启用 C 和 C++ 应用程序的调试，您必须明确指示编译器创建调试数据。

流程

  • 要在编译并使用 GCC 编译和链接 C 或 C++ 应用程序时生成调试信息，请在编译命令中添加 the -g 选项： 

    $ gcc ... -g ...

    这个选项指示 GCC 在输出二进制文件中包含调试信息。有关 the -g 选项和其他调试选项的更多信息，请参阅 GCC 手册页。

  • 要在调试信息中包含宏定义，请使用 the -g3 选项而不是 -g ： 

    $ gcc ... -g3 ...

  • 要测试 debug 选项不会影响可执行代码，请使用 the -fcompare-debug GCC 选项。这个选项：

    • 使用调试信息编译代码两次 - 次，一次使用调试信息，没有
    • 比较生成的二进制文件

    • 如果两个二进制文件都相同，则通过测试

      此测试可防止调试选项在您的代码中引入隐藏的错误。请注意，use -fcompare-debug 会显著增加编译时间。如需了解更多详细信息，请参阅 GCC 手册页。

      重要

      编译器和链接器优化可能会导致调试困难：

      为获得更好的调试体验，请考虑使用 the -Og 选项。但是，更改的优化级别可能会改变可执行的代码行为，并可能会隐藏错误。

2.2.4. 使用 GCC 进行代码优化
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一个程序可以转换为多个计算机指令序列。如果在编译过程中分配更多资源来分析代码，您可以获得更优的结果。

有了 GCC，您可以使用 -Olevel 选项设置优化级别。这个选项接受一组值来代替 level。

Expand
级别描述

0

编译速度的优化 - 无代码优化（默认）。

1, 2, 3

优化以加快代码执行速度（数量越多，速度越快）。

s

文件大小的优化。

fast

与级别 3 设置一样，fast 忽略严格的标准合规性，以允许额外的优化。

g

调试体验的优化。

对于版本构建，请使用优化选项 -O2。

在开发过程中，-Og 选项在某些情况下对于调试程序或库很有用。由于某些 bug 只在某些优化级别上出现，因此请使用版本优化级别测试程序或库。

GCC 提供了大量选项来启用单个优化。如需更多信息，请参阅 gcc man page。

2.2.5. 使用 GCC 强化代码的选项
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当编译器将源代码转换为目标代码时，它可以添加各种检查来防止经常被利用的情况，并提高安全性。选择正确的编译器选项集可帮助生成更安全的程序和库，而无需更改源代码。

发行版本选项

对于以 Red Hat Enterprise Linux 为目标的开发人员，推荐使用以下选项列表： 

$ gcc ... -O2 -g -Wall -Wl,-z,now,-z,relro -fstack-protector-strong -fstack-clash-protection -D_FORTIFY_SOURCE=3 ...
  • 对于程序，添加 -fPIE 和 -pie 位置独立可执行文件选项。
  • 对于动态链接库，强制 -fPIC (Position Independent Code)选项会间接提高安全性。
开发选项

使用以下选项来检测开发过程中的安全漏洞：使用这些选项与发行版本的选项相结合： 

$ gcc ... -Walloc-zero -Walloca-larger-than -Wextra -Wformat-security -Wvla-larger-than ...
-fhardened
GCC 14 提供了一个新标志，-fhardened ，其反过来启用许多其他标志，来改进生成的代码的安全性，而不影响 ABI。
-fanalyzer
GCC 提供了一个标志，-fanalyzer ，其触发源代码中潜在问题的警告，包括与安全相关的问题。因为 -fanalyzer 经常有误报和漏报，所以应该使用它来定位应该进一步调查的潜在 bug，而不是作为正式的分析工具。这个标志在编译过程中大大增加了所花费的时间和内存。仅对 C 代码使用。

其他资源

2.2.6. 链接代码以创建可执行文件
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构建 C 或 C++ 应用程序时，链接是最后一步。链接将所有目标文件和库合并到一个可执行文件中。

先决条件

步骤

  1. 进到包含目标代码文件的目录。

  2. 运行 gcc ： 

    $ gcc ... objfile.o another_object.o ... -o executable-file

    从提供的目标文件和库创建一个名为 executable-file的可执行文件。要链接其他库，请在目标文件列表后添加所需的选项。

    如需更多信息，请参阅在 GCC 中使用库。

    注意

    使用 C++ 源代码，将 gcc 命令替换为 g++，以方便处理 C++ 标准库依赖项。

其他资源

本例演示了构建一个简单示例 C 程序的确切步骤。

在本例中，编译和链接代码在一个步骤中完成。

流程

  1. 创建 hello-c 目录： 

    $ mkdir hello-c

  2. 进入创建的目录： 

    $ cd hello-c

  3. 创建包含以下内容的文件 hello.c ： 

    #include <stdio.h>

int main() {
  printf("Hello, World!\n");
  return 0;
}

  4. 使用 GCC 编译和链接代码： 

    $ gcc hello.c -o helloworld

    这会编译代码，创建目标文件 hello.o，并从目标文件链接可执行文件 helloworld。

  5. 运行生成的可执行文件： 

    $ ./helloworld
     
    Hello, World!

其他资源

本例演示了构建一个简单示例 C 程序的确切步骤。

在本例中，编译和链接代码是两个独立的步骤。

流程

  1. 创建 hello-c 目录： 

    $ mkdir hello-c

  2. 进入创建的目录： 

    $ cd hello-c

  3. 创建包含以下内容的文件 hello.c ： 

    #include <stdio.h>

int main() {
  printf("Hello, World!\n");
  return 0;
}

  4. 使用 GCC 编译代码： 

    $ gcc -c hello.c

    目标文件 hello.o 已创建。

  5. 从目标文件链接可执行文件 helloworld: 

    $ gcc hello.o -o helloworld

  6. 运行生成的可执行文件： 

    $ ./helloworld
Hello, World!

  7. 可选：改回到父目录： 

    $ cd ..

  8. 可选：删除 hello-c 目录： 

    $ rm -r hello-c

其他资源

本例显示了构建最小 C++ 程序的确切步骤。

在本例中，编译和链接代码在一个步骤中完成。

流程

  1. 创建一个 hello-cpp 目录： 

    $ mkdir hello-cpp

  2. 进入创建的目录： 

    $ cd hello-cpp

  3. 创建包含以下内容的文件 hello.cpp ： 

    #include <iostream>

int main() {
  std::cout << "Hello, World!\n";
  return 0;
}

  4. 使用 g++ 编译和链接代码： 

    $ g++ hello.cpp -o helloworld

    这会编译代码，创建目标文件 hello.o，并从目标文件链接可执行文件 helloworld。

  5. 运行生成的可执行文件： 

    $ ./helloworld
     
    Hello, World!

  6. 可选：改回到父目录： 

    $ cd ..

  7. 可选：删除 hello-cpp 目录： 

    $ rm -r hello-cpp

本例显示了构建最小 C++ 程序的确切步骤。

在本例中，编译和链接代码是两个独立的步骤。

流程

  1. 创建一个 hello-cpp 目录： 

    $ mkdir hello-cpp

  2. 进入创建的目录： 

    $ cd hello-cpp

  3. 创建包含以下内容的文件 hello.cpp ： 

    #include <iostream>

int main() {
  std::cout << "Hello, World!\n";
  return 0;
}

  4. 使用 g++ 编译代码： 

    $ g++ -c hello.cpp

    目标文件 hello.o 已创建。

  5. 从目标文件链接可执行文件 helloworld: 

    $ g++ hello.o -o helloworld

  6. 运行生成的可执行文件： 

    $ ./helloworld
     
    Hello, World!

  7. 可选：改回到父目录： 

    $ cd ..

  8. 可选：删除 hello-cpp 目录： 

    $ rm -r hello-cpp
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