• GCC rules
• 开始...
• 预编译
• 编译
• 汇编
• 连接
• 另外两个重要选项
• 调试
• 小结
• 站点链接

摘要:

要想读懂本文，你需要对C语言有基本的了解，本文将介绍如何使用gcc编译器。 首先，我们介绍如何在命令行方式下使用编译器编译简单的C源代码。 然后，我们简要介绍一下编译器究竟作了那些工作，以及如何控制编译过程。 我们也简要介绍了调试器的使用方法。 

 

GCC rules

你能想象使用封闭源代码的私有编译器编译自由软件吗？你怎么知道编译器在你的 可执行文件中加入了什么？可能会加入各种后门和木马。Ken Thompson是一个著名 的黑客，他编写了一个编译器，当编译器编译自己时，就在'login'程序中留下后门 和永久的木马。请到这里 阅读他对 这个杰作的描述。幸运的是，我们有了gcc。当你进行 configure; make; make install 时， gcc在幕后做了很多繁重的工作。如何才能让gcc为我们工作呢？我们将开始编写一个纸牌游戏， 不过我们只是为了演示编译器的功能，所以尽可能地精简了代码。 我们将从头开始一步一步地做，以便理解编译过程，了解为了制作可执行文件需要 做些什么，按什么顺序做。我们将看看如何编译C程序，以及如何使用编译选项 让gcc按照我们的要求工作。步骤（以及所用工具）如下： 预编译 (gcc -E)， 编译 (gcc)， 汇编(as)，和 连接 (ld)。

开始...

首先，我们应该知道如何调用编译器。实际上，这很简单。我们将从那个著名的第一个C程序开始。 （各位老前辈，请原谅我）。

#include <stdio.h>

int main()


{
  printf("Hello World!\n");
}

把这个文件保存为 game.c。 你可以在命令行下编译它：

gcc game.c

a.out

Hello World

gcc -o game game.c

game
Hello World

到现在为止，我们离一个有用的程序还差得很远。如果你觉得沮丧，你可以想一想我们 已经编译并运行了一个程序。因为我们将一点一点为这个程序添加功能，所以我们必须 保证让它能够运行。似乎每个刚开始学编程的程序员都想一下子编一个1000行的程序， 然后一次修改所有的错误。没有人，我是说没有人，能做到这个。你应该先编一个可以 运行的小程序，修改它，然后再次让它运行。这可以限制你一次修改的错误数量。另外， 你知道刚才做了哪些修改使程序无法运行，因此你知道应该把注意力放在哪里。这可以 防止这样的情况出现：你认为你编写的东西应该能够工作，它也能通过编译，但它就是 不能运行。请切记，能够通过编译的程序并不意味着它是正确的。

下一步为我们的游戏编写一个头文件。头文件把数据类型和函数声明集中到了一处。 这可以保证数据结构定义的一致性，以便程序的每一部分都能以同样的方式看待一切事情。

#ifndef DECK_H
#define DECK_H

#define DECKSIZE 52

typedef struct deck_t
{
  int card[DECKSIZE];
  /* number of cards used */
  int dealt;
}deck_t;

#endif /* DECK_H */

把这个文件保存为 deck.h。只能编译 .c 文件， 所以我们必须修改 game.c。在game.c的第2行，写上 #include "deck.h"。 在第5行写上 deck_t deck;。为了保证我们没有搞错，把它重新编译一次。

gcc -o game game.c

如果没有错误，就没有问题。如果编译不能通过，那么就修改它直到能通过为止。

预编译

编译器是怎么知道 deck_t 类型是什么的呢？因为在预编译期间， 它实际上把"deck.h"文件复制到了"game.c"文件中。源代码中的预编译指示以"#"为前缀。 你可以通过在gcc后加上 -E 选项来调用预编译器。

gcc -E -o game_precompile.txt game.c
wc -l game_precompile.txt
  3199 game_precompile.txt

1. 把"include"的文件拷贝到要编译的源文件中。
2. 用实际值替代"define"的文本。
3. 在调用宏的地方进行宏替换。

编译

作为一个中间步骤，gcc把你的代码翻译成汇编语言。它一定要这样做，它必须通过分析 你的代码搞清楚你究竟想要做什么。如果你犯了语法错误，它就会告诉你，这样编译就失败了。 人们有时会把这一步误解为整个过程。但是，实际上还有许多工作要gcc去做呢。

汇编

as 把汇编语言代码转换为目标代码。事实上目标代码并不能在CPU上运行， 但它离完成已经很近了。编译器选项 -c 把 .c 文件转换为以 .o 为扩展名 的目标文件。 如果我们运行

gcc -c game.c

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include "deck.h"

static time_t seed = 0;

void shuffle(deck_t *pdeck)
{
  /* Keeps track of what numbers have been used */
  int drawn[DECKSIZE] = {0};
  int i;

  /* One time initialization of rand */
  if(0 == seed)
  {
    seed = time(NULL);
    srand(seed);
  }
  for(i = 0; i < DECKSIZE; i++)
  {
    int value = -1;
    do
    {
      value = rand() % DECKSIZE;
    }
    while(drawn[value] != 0);

    /* mark value as used */
    drawn[value] = 1;

    /* debug statement */
    printf("%i\n", value);
    pdeck->card[i] = value;
  }
  pdeck->dealt = 0;
  return;
}

把这个文件保存为 shuffle.c。我们在这个代码中加入了一条调试语句， 以便运行时，能输出所产生的牌号。这并没有为我们的程序添加功能，但是现在到了 关键时刻，我们看看究竟发生了什么。因为我们的游戏还在初级阶段，我们没有别的 办法确定我们的函数是否实现了我们要求的功能。使用那条printf语句，我们就能准确 地知道现在究竟发生了什么，以便在开始下一阶段之前我们知道牌已经洗好了。在我们 对它的工作感到满意之后，我们可以把那一行语句从代码中删掉。这种调试程序的技术 看起来很粗糙，但它使用最少的语句完成了调试任务。以后我们再介绍更复杂的调试器。

1. 我们用传址方式传递参数，你可以从'&'（取地址）操作符看出来。这把变量的机器地址 传递给了函数，因此函数自己就能改变变量的值。也可以使用全局变量编写程序，但是应该 尽量少使用全局变量。指针是C的一个重要组成部分，你应该充分地理解它。
2. 我们在一个新的 .c 文件中使用函数调用。操作系统总是寻找名为'main'的函数，并从 那里开始执行。 shuffle.c 中没有'main'函数，因此不能编译为独立的可执行文件。 我们必须把它与另一个具有'main'函数并调用'shuffle'的程序组合起来。

运行命令

gcc -c shuffle.c

shuffle(&deck);

gcc -o game game.c

/tmp/ccmiHnJX.o: In function `main':
/tmp/ccmiHnJX.o(.text+0xf): undefined reference to `shuffle'
collect2: ld returned 1 exit status

连接

连接器ld，使用下面的命令，接受前面由 as 创建的目标文件并把它转换为可执行文件

gcc -o game game.o shuffle.o

连接器从shuffle.o目标文件中找到 shuffle 函数，并把它包括进可执行文件。 目标文件的真正好处在于，如果我们想再次使用那个函数，我们所要做的就是包含"deck.h" 文件并把 shuffle.o 目标文件连接到新的可执行文件中。

象这样的代码重用是经常发生的。虽然我们并没有编写前面作为调试语句调用的 printf 函数，连接器却能从我们用 #include <stdlib.h> 语句包含的文件中 找到它的声明，并把存储在C库（/lib/libc.so.6）中的目标代码连接进来。 这种方式使我们可以使用已能正确工作的其他人的函数，只关心我们所要解决的问题。 这就是为什么头文件中一般只含有数据和函数声明，而没有函数体。一般，你可以为 连接器创建目标文件或函数库，以便连接进可执行文件。我们的代码可能产生问题，因为 在头文件中我们没有放入任何函数声明。为了确保一切顺利，我们还能做什么呢？

另外两个重要选项

-Wall 选项可以打开所有类型的语法警告，以便帮助我们确定代码是正确的， 并且尽可能实现可移植性。当我们使用这个选项编译我们的代码时，我们将看到下述警告：

game.c:9: warning: implicit declaration of function `shuffle'

void shuffle(deck_t *pdeck);

另一个常用编译器选项是优化选项 -O# (即 -O2)。 这是告诉编译器你需要什么级别的优化。编译器具有一整套技巧可以使你的代码运行得更快一点。 对于象我们这种小程序，你可能注意不到差别，但对于大型程序来说，它可以大幅度提高运行速度。 你会经常碰到它，所以你应该知道它的意思。

调试

我们都知道，代码通过了编译并不意味着它按我们得要求工作了。你可以使用下面的命令验证 是否所有的号码都被使用了

game | sort - n | less

gcc -g -c shuffle.c game.c
gcc -g -o game game.o shuffle.o

小结

本文大体介绍了编译和调试C程序的方法。我们讨论了编译器走过的步骤，以及为了让 编译器做这些工作应该给gcc传递哪些选项。我们简述了有关连接共享函数库的问题， 最后介绍了调试器。真正了解你所从事的工作还需要付出许多努力，但我希望本文 能让你正确地起步。你可以在 gcc、 as 和 ld的 man 和 info page中 找到更多的信息。

自己编写代码可以让你学到更多的东西。作为练习你可以以本文的纸牌游戏为基础，编写 一个21点游戏。那时你可以学学如何使用调试器。使用GUI的KDbg开始可以更容易一些。 如果你每次只加入一点点功能，那么很快就能完成。切记，一定要保持程序一直能运行！

要想编写一个完整的游戏，你需要下面这些内容：

• 一个纸牌玩家的定义（即，你可以把deck_t定义为player_t）。
• 一个给指定玩家发一定数量牌的函数。记住在纸牌中要增加“已发牌”的数量，以便 能知道还有那些牌可发。还要记住玩家手中还有多少牌。
• 一些与用户的交互，问问玩家是否还要另一张牌。
• 一个能打印玩家手中的牌的函数。 card 等于value % 13 （得数为0到12），suit等于 value / 13 （得数为0到3）。
• 一个能确定玩家手中的value的函数。Ace的value为零并且可以等于1或11。King的value为12并且可以等于10。

站点链接

• gcc GCC GNU Compiler Collection
• gdb GNU Debugger
• KDbg KDE's GUI Debugger
• Award Winning Compiler Hack Ken Thompson's great compiler hack