GNU 编译工具链使用简介

张吉豫zhangjiyu@mprc.pku.edu.cn2005-03-12

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内容 GNU 编译工具链的基本组成与工作流程 工具链的常用工具和选项 Unicore 工具链与交叉编译

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编译工具链的基本工作流程

Pre-processor(cpp / Gcc -E)

Compiler

(cc1 / Gcc -S)

Assembler

(as / Gcc -c)

Linker

(ld)

hello.c(text)

hello.i(text)

hello.s(text)

hello.o(binary)

hello(binary)

printf.o(binary)

一个“ hello world” 程序的演变历程

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GNU 工具链的组成 GCC——GNU Compiler Collection Binutils——GNU binary utilities Glibc——GNU C Library

—— 软件开发的基本工具集合

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GCC 功能：

高级语言 (.c 、 .cpp 、 .F) － > 汇编语言 (.s) 用户界面，驱动各工具的执行

组成：一组可执行程序 + 一组库 cpp 、 gcc 、 g++ 、 g77 …… cpp0 、 cc1 、 cc1plus 、 f771 …… libgcc.a 、 crtbegin.o 、 crtend.o ……

支持多种语言和目标机

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Binutils 功能：

汇编语言 (.s) － > 目标文件－ > 可执行程序 查看二进制文件信息

组成：一组可执行程序 as 、 ld objdump 、 readelf 、 ar ……

支持多种目标机

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Glibc 功能：

提供语言和操作系统的标准库函数 组成：若干可执行程序 + 大量库

ldd 、 iconv 、 locale…… ISO C 、 POSIX 、 UNIX 、 GNU

绝大部分与目标机无关

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GNU 工具链的工作流程 扩展名的默认含义

需要预处理的源代码： .c 、 .cc 、 .F …… 不需预处理的源代码： .i 、 .ii 、 .f …… 需要预处理的汇编代码： .S 不需预处理的汇编代码： .s 目标文件： .o 静态库： .a 动态库： .so

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cpp0 …

cc1 、 cc1plus 、 f771 …

as

ld 、 ar……

.i 、 .ii 、 .f

.s

.olibgcc.a

……

可执行程序或库glibc

gccg++g77……

.i 、 .ii 、 .f

.c 、 .cc 、 .F

.s

.o

.c 、 .cc 、 .F

.i 、 .ii 、 .f

.s 、 .o

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常用工具和选项 编译：

gcc/g++/g77 汇编和连接：

as 、 ld 二进制工具：

objdump 、 readelf 、 strip 、 ar 、 nm 、 ldd

gprof 、 gcov

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帮助选项 --help --target-help

显示与目标机有关的帮助信息，比如目标机的一些特殊选项

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编译（ 1 ） gcc/g++/g77 [options] file...

-Wall 打印警告信息

-g 添加调试信息到输出文件

-O -O0 -O1 -O2 -O3 -Os 优化选项，若有多个则最后一个有效

-D -U 定义和取消宏定义

-msoft-float 使用软件库（ libgcc.a ）模拟硬件浮点指令

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编译（ 2 ） -I

指定头文件搜索路径，若有多个则从前往后搜索 -L

指定库搜索路径，若有多个则从前往后搜索 -l

指定引用的库，从当前位置向后搜索 -static -shared

使用静态连接或动态连接 -pg -fprofile-arcs -ftest-coverage

添加额外的统计代码用于 profile ，与 gprof 和 gcov 配合使用

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编译（ 3 ） -E

输出预处理后的文件（ .i 、 .ii 、 .f 等） -S

输出编译生成的汇编文件（ .s ） -c

输出汇编生成的目标文件（ .o ） -o

指定输出文件名 -v

输出编译过程的详细信息，包括编译过程中以哪些参数调用了哪些程序。

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编译（ 4 ） 基于 profiling 的优化编译

根据程序执行反馈的信息指导编译优化以产生出更好的代码。

使用方法 编译：添加 -fprofile-arcs 选项和其他优化选项进行编译，

生成可执行程序 执行：执行程序，对每个源程序 sourcefile 生成 sourcef

ile.da ，其中保存了统计信息 重新编译：添加 -fbranch-probabilities 选项和其他相同

的优化选项重新编译，生成质量更高的代码

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汇编和连接 as [option...] [asmfile...]

汇编器，可由 gcc -c 代替 ld [options] file...

连接器，可由 gcc 代替 通常由 gcc 调用，一般不直接使用

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二进制工具 objdump readelf strip ar nm ldd gprof gcov

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ELF 可重定位目标文件示例ELF header

.text

.rodata.data

.bss.symtab.rel.text.rel.data.debug

.line

.strtabSection header tables

sections

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二进制工具（ 1 ） objdump [option(s)] [file(s)]

反汇编各种格式的目标文件和可执行程序 常用选项：

-d 只反汇编代码段

-D 反汇编代码段和数据段

-S 混合输出源代码和汇编代码，编译时必须加 -g 选项

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二进制工具（ 2 ）

readelf [option(s)] elf-file(s) 显示 ELF格式文件信息

常用选项： -e

显示头信息，包括 ELF file header 、 section header 、program header

-s 显示符号表信息

-r 显示重定位信息

-a 显示所有信息

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二进制工具（ 3 ） strip [option(s)] in-file(s)

删除输入文件的符号表和指定的 section 常用选项：

-o 指定输出文件名

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二进制工具（ 4 ） ar

管理归档文件（ *.a ） 常用命令：

d m q r t x 分别用于删除、移动、添加、替换、显示、取出归档文

件的内容 举例

ar x /usr/lib/libc.a 取出 libc.a 中的所有目标文件（ *.o ）到当前目录

ar q libmy.a obj1.o obj2.o 将 obj1.o 和 obj2.o 加入到 libmy.a 中

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二进制工具（ 5 ） nm [option(s)] [file(s)]

显示文件的符号信息，可用于各种目标文件、可执行程序和归档文件（ .a ）

举例 nm /usr/lib/libc.a > symbol

……

printf.o:

00000000 T _IO_printf

00000000 T printf

U stdout

U vfprintf

……

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二进制工具（ 6 ） ldd [OPTION]... FILE...

输出动态连接程序的共享库依赖关系 举例

[njt@Aquarius temp]$ ldd /bin/ls

libtermcap.so.2 => /lib/libtermcap.so.2 (0x40028000)

libacl.so.1 => /lib/libacl.so.1 (0x4002d000)

libc.so.6 => /lib/i686/libc.so.6 (0x42000000)

libattr.so.1 => /lib/libattr.so.1 (0x40033000)

/lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)

[njt@Aquarius temp]$

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二进制工具（ 7 ） gprof

根据程序执行产生的数据（ gmon.out ）输出 profile 信息，包括每个函数执行时间、所占比例、调用关系等。

可用于分析程序的关键代码，指导程序员进行优化 使用方法

编译：加 -pg 选项 执行：产生 gmon.out （二进制数据） 显示： gprof program_name > output

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二进制工具（ 8 ） gcov

另一个 profiling 工具，可以分析程序一次执行过程中每行源代码的执行数量、 branch跳转情况等。

可用于分析程序的关键代码和构造 testsuite 源代码在 gcc 的包中，不属于 binutils

使用方法 编译：加 -fprofile-arcs -ftest-coverage 选项，最好不

加优化选项 执行：针对每个 sourcefile产生 sourcefile.bb 、 sourc

efile.bbg 、 sourcefile.da （二进制数据） 显示： gcov sourcefile.c 生成 sourcefile.gcov

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Unicore 工具链

移植 GNU 工具链到 unicore 系统 两套版本

uc1 gcc-2.95.3 + glibc-2.1.3 + binutils-2.10.1

uc2 gcc-3.2.1 + glibc-2.3.1 + binutils-2.13.2

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Unicore 工具链

使用方法 本地：

与在 x86上的本地工具链几乎没有什么区别 交叉编译：

命令前都加上前缀 unicore32-linux- ，如 unicore32-linux-gcc

路径： .19:/usr/unicore/gnu-toolchain-unicore/uc2-0.3-hardfloat-glibc/bin

make CC= CXX= F77=

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如何学习 今天的报告 亲自使用 互相学习 info/man

info gcc 、 info binutils 、 info libc …… ……

Thank you!