Gcchowto
编译简单的 C 程序
C 语言经典的入门例子是 Hello World,下面是一示例代码:
#include <stdio.h> int main(void) { printf("Hello, world!\n"); return 0; }
我们假定该代码存为文件‘hello.c’。要用 gcc 编译该文件,使用下面的命令:
$ gcc -Wall hello.c -o hello
该命令将文件‘hello.c’中的代码编译为机器码并存储在可执行文件 ‘hello’中。机器码的文件名是通过 -o 选项指定的。该选项通常作为命令行中的最後一个参数。如果被省略,输出文件默认为 ‘a.out’。
注意到如果当前目录中与可执行文件重名的文件已经存在,它将被覆盖。
选项 -Wall 开启编译器几乎所有常用的警告──强烈建议你始终使用该选项。编译器有很多其他的警告选项,但 -Wall 是最常用的。默认情况下GCC 不会产生任何警告信息。当编写 C 或 C++ 程序时编译器警告非常有助于检测程序存在的问题。
本例中,编译器使用了 -Wall 选项而没产生任何警告,因为示例程序是完全合法的。
要运行该程序,输入可执行文件的路径如下:
$ ./hello Hello, world!
这将可执行文件载入内存,并使 CPU 开始执行其包含的指令。 路径 ./ 指代当前目录,因此 ./hello 载入并执行当前目录下的可执行文件 ‘hello’。
捕捉错误
如上所述,当用 C 或 C++ 编程时,编译器警告是非常重要的助手。为了说明这一点,下面的例子包含一个微妙的错误:为一个整数值错误地指定了一浮点数控制符‘%f’。
#include <stdio.h> int main (void) { printf ("Two plus two is %f\n", 4); return 0; }
一眼看去该错误并不明显,但是它可被编译器捕捉到,只要启用了警告选项 -Wall。
编译上面的程序‘bad.c’,将得到如下的消息:
$ gcc -Wall bad.c -o bad bad.c: In function 'main': bad.c:6: warning: double format, different type arg (arg 2)
这表明文件 ‘bad.c’第 6 行中的格式字符串用法不正确。GCC 的消息总是具有下面的格式 文件名:行号:消息。编译器对错误与警告区别对待,前者将阻止编译,後者表明可能存在的问题但并不阻止程序编译。
本例中,对整数值来说,正确的格式控制符应该是 %d。
如果不启用 -Wall,程序表面看起来编译正常,但是会产生不正确的结果:
$ gcc bad.c -o bad $ ./bad Two plus two is 2.585495
显而易见,开发程序时不检查警告是非常危险的。如果有函数使用不当,将可能导致程序崩溃或产生错误的结果。开启编译器警告选项 -Wall 可捕捉 C 编程时的多数常见错误。
编译多个源文件
一个源程序可以分成几个文件。这样便于编辑与理解,尤其是程序非常大的时候。这也使各部分独立编译成为可能。
下面的例子中我们将程序 Hello World 分割成 3 个文件:‘main.c’,‘hello_fn.c’和头文件‘hello.h’。这是主程序‘main.c’:
#include "hello.h" int main(void) { hello ("world"); return 0; }
在先前的例子‘hello.c’中,我们调用的是库函数 printf,本例中我们用一个定义在文件‘hello_fn.c’中的函数 hello 取代它。
主程序中包含有头文件‘hello.h’,该头文件包含函数 hello 的声明。我们不需要在‘main.c’文件中包含系统头文件‘stdio.h’来声明函数 printf,因为‘main.c’没有直接调用 printf。
文件‘hello.h’中的声明只用了一行就指定了函数 hello 的原型。
void hello (const char * name);
函数 hello 的定义在文件‘hello_fn.c’中:
#include <stdio.h> #include "hello.h"
void hello (const char * name) { printf ("Hello, %s!\n", name); }
语句 #include <FILE.h> 与 #include "FILE.h"有所不同:前者在搜索系统头文件目录之前将先在当前目录中搜索文件‘FILE.h’,后者只搜索系统头文件而不查看当前目录。
要用gcc编译以上源文件,使用下面的命令:
$ gcc -Wall main.c hello_fn.c -o newhello
本例中,我们使用选项 -o 为可执行文件指定了一个不同的名字 newhello。注意到头文件‘hello.h’并未在命令行中指定。源文件中的的 #include "hello.h" 指示符使得编译器自动将其包含到合适的位置。
要运行本程序,输入可执行文件的路径名:
$ ./newhello Hello, world!
源程序各部分被编译为单一的可执行文件,它与我们先前的例子产生的结果相同。
链接外部库
库是预编译的目标文件(object files)的集合,它们可被链接进程序。静态库以後缀为‘.a’的特殊的存档文件(archive file)存储。
标准系统库可在目录 /usr/lib 与 /lib 中找到。比如,在类 Unix 系统中 C 语言的数学库一般存储为文件 /usr/lib/libm.a。该库中函数的原型声明在头文件 /usr/include/math.h 中。C 标准库本身存储为 /usr/lib/libc.a,它包含 ANSI/ISO C 标准指定的函数,比如‘printf’。对每一个 C 程序来说,libc.a 都默认被链接。
下面的是一个调用数学库 libm.a 中 sqrt 函数的的例子:
#include <math.h> #include <stdio.h>
int main (void) { double x = sqrt (2.0); printf ("The square root of 2.0 is %f\n", x); return 0; }
尝试单独从该文件生成一个可执行文件将导致一个链接阶段的错误:
$ gcc -Wall calc.c -o calc /tmp/ccbR6Ojm.o: In function 'main': /tmp/ccbR6Ojm.o(.text+0x19): undefined reference to ‘sqrt’
函数 sqrt,未在本程序中定义也不在默认库‘libc.a’中;除非被指定,编译器也不会链接‘libm.a’。
为使编译器能将 sqrt 链接进主程序‘calc.c’,我们需要提供数学库‘libm.a’。一个容易想到但比较麻烦的做法是在命令行中显式地指定它:
$ gcc -Wall calc.c /usr/lib/libm.a -o calc
函数库‘libm.a’包含所有数学函数的目标文件,比如sin,cos,exp,log及sqrt。链接器将搜索所有文件来找到包含 sqrt 的目标文件。
一旦包含 sqrt 的目标文件被找到,主程序就能被链接,一个完整的可执行文件就可生成了:
$ ./calc The sqrare root of 2.0 is 1.414214
可执行文件包含主城许的机器码以及函数库‘libm.a’中 sqrt 对应的机器码。
为避免在命令行中指定长长的路径,编译器为链接函数库提供了快捷的选项‘-l’。例如,下面的命令
$ gcc -Wall calc.c -lm -o calc
与我们上面指定库全路径‘/usr/lib/libm.a’的命令等价。
一般来说,选项 -lNAME使链接器尝试链接系统库目录中的函数库文件 libNAME.a。一个大型的程序通常要使用很多 -l 选项来指定要链接的数学库,图形库,网络库等。