探索自由软件：GCC编程指南

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"GCC编程简介"是一本关于GNU Compiler Collection (GCC)的中文入门教程，由Brian Gough撰写，Walter Zhou翻译，Richard M. Stallman作序。作为Linux平台下的主流编译器，GCC不仅是编译程序，更是自由软件运动的一部分，它强调尊重用户自由，允许用户自由地研究、修改和分发软件。 GCC的核心功能是将高级语言（如C、C++等）源代码转换成计算机可执行的机器码，支持多种体系结构，包括X86系列、Arm、PowerPC等，适用于宿主开发和交叉编译，灵活性极高。它能在Linux、Solaris、Windows等多个操作系统环境下运行，适应了多平台的需求。书中详细介绍了如何使用GCC进行程序编译，以及基本的优化和调试选项。虽然不会深入讲解C或C++语言本身，但能让读者掌握如何利用GCC进行实际编程工作。此外，书中的序言部分提到了GCC的诞生背景，Richard M. Stallman强调了自由软件运动的重要性，指出GNU操作系统（包括Linux内核）与GCC共同推动了自由使用计算机的目标。学习和熟悉GCC对于Linux开发者、嵌入式系统开发者以及对自由软件理念感兴趣的读者都至关重要，它不仅是一项实用技能，也是一种支持和参与开源精神的方式。通过阅读本书，读者将能够提升编程能力，并理解自由软件运动的价值观。

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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