探索Linux下GCC编程：自由软件的力量

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"《Linux下的GCC编程》是一本详细介绍GNU编译器集合GCC（GNU Compiler Collection）及其C和C++版本（gcc和g++）使用的入门指南。该书由中国作者Brian Gough撰写，译者为Walter Zhou，并由GNU项目的创始人Richard Stallman作序。Stallman强调了GCC不仅仅是一个编程工具，更是自由软件运动的一部分，它赋予用户自由使用、研究源代码、修改和分享软件的权利。作者首先介绍了GCC的历史背景，指出在GCC之前，尽管存在其他语言如C、Fortran和Ada的编译器，但它们并非自由软件，限制了用户的自由。Stallman因此创建了GCC，以确保他可以在不牺牲自由的前提下使用编译器。随着GNU操作系统的开发，特别是Linux内核的加入，自由软件的理念得以广泛传播，使得用户能够自由地使用计算机。本书的主要内容集中在GCC的实际应用上，包括如何使用编译器进行程序编译、基本的优化选项以及调试技巧。虽然书中不会深入讲解C或C++语言本身，但对于初学者来说，它提供了一个实用的基础，帮助他们掌握这个强大的编程工具。阅读本书，读者将能够建立起对GCC的坚实理解，这对于任何从事Linux下编程的人来说都是必不可少的技能。同时，通过Stallman的序言，读者也能了解到自由软件运动的核心理念和参与其中的重要性。这本书不仅教授技术知识，还提倡和强化了自由软件的价值观，是一本兼具教育与理念传播的宝贵资源。"

11 An Introduction to GCC 中文版

库的链接次序

在命令行上的库的次序遵照象对象文件中的同样的惯例：它们被从左到右的搜索----包含函数定

义的库应该出现在任何使用到该函数的源文件和对象文件之后。这包括用短选项“-l”指定的库，

象下面命令所显示的：

$ gcc -Wall calc.c -lm -o calc

(correct order)

如果次序搞反了（把“-lm”选项放到使用数学库中函数的文件前面），有些编译器会报错，

$ cc -Wall -lm calc.c -o calc (incorrect order)

main.o: In function ‘main’:

main.o(.text+0xf): undefined reference to ‘sqrt’

这是因为在“calc.c”后面没有库或对象文件包含 sqrt 函数。“-lm”选项应当在文件“calc.c”后面。

当用到多个库时，库之间也应当遵守同样的惯例。一个调用了定义在另外一个库中的函数的库应

当被放在包含该函数代码的库的前面。

例如，程序“data.c”用到了 GNU Linear Programming 库“libglpk.a”，而该库又依次用到数学库

“libm.a”，那么应当这么编译：

$ gcc -Wall data.c -lglpk -lm

因为“libglpk.a”中的对象文件用到了定义在“libm.a”中的函数。

对于对象文件，不管次序怎样，绝大部分编译器会搜索所有的库。然而，由于并不是所有的编译

器都这么做，所以最好遵守从左到右对库排序的惯例。

使用库的头文件

使用库文件，为了得到函数参数和返回值正确类型的声明，必须包括入相应的头文件。如果没有

函数声明，可能传递错误类型的函数参数，从而导致不对的结果。

下面的例子展示了另一个调用 C 库中函数的程序。在这里，函数 pow 用于计算 2 的立方：

#include <stdio.h>

int

main (void)

{

double x = pow (2.0, 3.0);

printf ("Two cubed is %f\n", x);

return 0;

}

但该程序有个错误----缺少对“math.h”的#include 声明，这样头文件中的原型 double pow(double x,

double y)不能被编译器看到。不带任何警告选项的编译该程序将生成一个输出错误结果的可执行

文件：

$ gcc badpow.c -lm

$ ./a.out

Two cubed is 2.851120 (incorrect result, should be 8)

结果是错的，因为传递给pow调用的参数和返回值的类型都是错的。

该错在打开警告选项“-Wall”

上面实际的输出可能不一样，这依赖于特定平台和环境。

13 An Introduction to GCC 中文版

编译选项

本章介绍 GCC 中的其他常用编译器选项。这些选项控制编译器的各种特征，如用于定位库和

include 文件的搜索路径，使用附加的警告和诊断，预处理宏和 C 语言的“方言”。

设置搜索路径

在上一章，我们看到怎样使用短选项“-lm”和头文件“math.h”把 C 数学库“libm.a”中的函数

链接到程序中。

在编译用到库的程序时，常碰到的一个问题是报 include 的头文件有错误：

FILE.h

: No such file or directory

如果头文件不在 GCC 用到的标准 include 文件路径中，就会报这样的错。对库而言，类似的问题

如下：

/usr/bin/ld: cannot find library

如果链接时用到的库不在 GCC 用到的标准库目录中，就会报这样的错。

默认情况下，gcc 在下面目录中搜索头文件：

/usr/local/include/

/usr/include/

在下面目录中搜索库：

/usr/local/lib/

/usr/lib/

搜索头文件的目录列表常被称为

include 路径

，而搜索库的目录列表被称为

搜索路径

或

链接路径

。

在这些路径中的目录是按次序搜索的，在上面的两个列表中从第一个到最后一个

。例如，

“/usr/local/include”中找到的头文件优先于“/usr/include”中的同名文件。类似的，“/usr/local/lib”

中找到的库优先于“/usr/lib”中的同名库。

当有其他库被安装到另外的目录中，为了能按序找到这些库，需要扩展搜索路径。编译器选项

“-I”和“-L”用于把新目录添加到各自的 include 路径和库搜索路径的头上。

搜索路径例子

下面的例子程序用到一个库，该库作为附加软件包可能已经被安装到系统中----GNU 数据管理库

（GNU Database Management Library，GDBM）。GDBM 库在 DBM 文件中存储键-值对（key-value

pair），DBM 文件是一种存储值（value），而用键（key，即任意序列的字符）来索引的文件。下

面是一个例子程序，“dbmain.c”，它创建了一个 DBM 文件，包含“testkey”的键及对应的值

“testvalue”：

#include <stdio.h>

#include <gdbm.h>

默认的搜索路径也可以包括其他依赖于系统或指定位置的目录，和GCC在自身安装时的目录。例如，在

64 位平台上，附加的“lib64”目录也可以是默认被搜索的。

14 An Introduction to GCC 中文版

int

main (void)

{

GDBM_FILE dbf;

datum key = { "testkey", 7 }; /* key, length */

datum value = { "testvalue", 9 }; /* value, length */

printf ("Storing key-value pair... ");

dbf = gdbm_open ("test", 0, GDBM_NEWDB, 0644, 0);

gdbm_store (dbf, key, value, GDBM_INSERT);

gdbm_close (dbf);

printf ("done.\n");

return 0;

}

该程序用到头文件“gdbm.h”和库“libgdbm.a”。如果库已经被安装到“/usr/local/lib”的默认位

置，头文件也在“/usr/local/include”，那么该程序可以用下面的简单命令来编译：

$ gcc -Wall dbmain.c -lgdbm

这些目录都属于gcc默认的include路径和链接路径。

然而，如果GDBM被安装到不同位置，试图用同样命令编译该程序，会报下面的错：

$ gcc -Wall dbmain.c -lgdbm

dbmain.c:1: gdbm.h: No such file or directory

例如，如果1.8.3版本的GDBM软件包被安装在目录“/opt/gdbm-1.8.3”目录下，头文件的位置就

会在

/opt/gdbm-1.8.3/include/gdbm.h

该目录不属于gcc默认include路径。用命令行选项“-I”添加相应目录到include路径中，这样该程

序就能编译了，但还是链接失败：

$ gcc -Wall -I/opt/gdbm-1.8.3/include dbmain.c -lgdbm

/usr/bin/ld: cannot find -lgdbm

collect2: ld returned 1 exit status

这是因为包含该库的目录还不在链接路径中。用下面的选项可以把库的路径添加到链接路径中

去：

-L/opt/gdbm-1.8.3/lib/

下面的命令行可以使程序成功的编译和链接：

$ gcc -Wall -I/opt/gdbm-1.8.3/include

-L/opt/gdbm-1.8.3/lib dbmain.c -lgdbm

这就生成了链接到 GDBM 库的最终的可执行文件。在看怎样运行该可执行文件以前，让我们简

略地看一下影响“-I”和“-L”选项的环境变量。

注意，你不应该在源代码中的#include 语句中放入头文件的绝对路径，因为这会让该程序不能在

其他系统上编译。“-I”选项或下面就要介绍的 INCLUDE_PATH 变量用来设置头文件的 include

路径。

环境变量

通过 shell 中的环境可以控制头文件和库的搜索路径。可以在每次开始 shell 会话的相应登录文件

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