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269
published/20220520 A programmer-s guide to GNU C Compiler.md
Normal file
@ -0,0 +1,269 @@
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[#]: subject: "A programmer's guide to GNU C Compiler"
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[#]: via: "https://opensource.com/article/22/5/gnu-c-compiler"
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[#]: author: "Jayashree Huttanagoudar https://opensource.com/users/jayashree-huttanagoudar"
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[#]: collector: "lkxed"
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[#]: translator: "robsean"
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[#]: reviewer: "wxy"
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[#]: publisher: "wxy"
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[#]: url: "https://linux.cn/article-14653-1.html"
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GNU C 编译器的程序员入门指南
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> 带你一窥生成二进制文件步骤的幕后，以便在出现一些错误时，你知道如何逐步解决问题。
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C 语言广为人知，深受新老程序员的好评。使用 C 语言编写的源文件代码，使用了标准的英语术语，因而人们可以方便阅读。然而，计算机只能理解二进制代码。为将代码转换为机器语言，你需要使用一种被称为 <ruby>编译器<rt>compiler</rt></ruby> 的工具。
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最常见的编译器是 GCC（<ruby>GNU 编译器集<rt>GNU Compiler Collection</rt></ruby>）。编译过程涉及到一系列的中间步骤及相关工具。
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### 安装 GCC
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为验证在你的系统上是否已经安装了 GCC，使用 `gcc` 命令：
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```
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$ gcc --version
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```
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如有必要，使用你的软件包管理器来安装 GCC。在基于 Fedora 的系统上，使用 `dnf` ：
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```
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$ sudo dnf install gcc libgcc
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```
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在基于 Debian 的系统上，使用 `apt` ：
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```
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$ sudo apt install build-essential
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```
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在安装后，如果你想查看 GCC 的安装位置，那么使用：
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```
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$ whereis gcc
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```
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### 演示使用 GCC 来编译一个简单的 C 程序
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这里有一个简单的 C 程序，用于演示如何使用 GCC 来编译。打开你最喜欢的文本编辑器，并在其中粘贴这段代码：
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```
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// hellogcc.c
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#include <stdio.h>
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int main() {
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printf("Hello, GCC!\n");
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return 0;
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}
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```
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保存文件为 `hellogcc.c` ，接下来编译它：
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```
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$ ls
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hellogcc.c
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$ gcc hellogcc.c
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$ ls -1
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a.out
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hellogcc.c
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```
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如你所见，`a.out` 是编译后默认生成的二进制文件。为查看你所新编译的应用程序的输出，只需要运行它，就像你运行任意本地二进制文件一样：
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```
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$ ./a.out
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Hello, GCC!
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```
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### 命名输出的文件
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文件名称 `a.out` 是非常莫名其妙的，所以，如果你想具体指定可执行文件的名称，你可以使用 `-o` 选项：
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（LCTT 译注：注意这和最近 Linux 内核废弃的 a.out 格式无关，只是名字相同，这里生成的 a.out 是 ELF 格式的 —— 也不知道谁给起了个 `a.out` 这破名字，在我看来，默认输出文件名就应该是去掉了 `.c` 扩展名后的名字。by wxy）
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```
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$ gcc -o hellogcc hellogcc.c
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$ ls
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a.out hellogcc hellogcc.c
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$ ./hellogcc
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Hello, GCC!
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```
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当开发一个需要编译多个 C 源文件文件的大型应用程序时，这种选项是很有用的。
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### 在 GCC 编译中的中间步骤
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编译实际上有四个步骤，即使在简单的用例中 GCC 自动执行了这些步骤。
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1. <ruby>预处理<rt>Pre-Processing</rt></ruby>：GNU 的 C 预处理器（cpp）解析头文件（`#include` 语句），展开 <ruby>宏<rt>macros </rt></ruby> 定义（`#define` 语句），并使用展开的源文件代码来生成一个中间文件，如 `hellogcc.i`。
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2. <ruby>编译<rt>Compilation</rt></ruby>：在这个期间中，编译器将预处理的源文件代码转换为指定 CPU 架构的汇编代码。由此生成是汇编文件使用一个 `.s` 扩展名来命名，如在这个示例中的 `hellogcc.s` 。
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3. <ruby>汇编<rt>Assembly</rt></ruby>：汇编程序（`as`）将汇编代码转换为目标机器代码，放在目标文件中，例如 `hellogcc.o` 。
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4. <ruby>链接<rt>Linking</rt></ruby>：链接器（`ld`）将目标代码和库代码链接起来生成一个可执行文件，例如 `hellogcc` 。
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||||
在运行 GCC 时，可以使用 `-v` 选项来查看每一步的细节：
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```
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$ gcc -v -o hellogcc hellogcc.c
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```
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![Compiler flowchart][2]
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### 手动编译代码
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体验编译的每个步骤可能是很有用的，因此在一些情况下，你不需要 GCC 完成所有的步骤。
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首先，除源文件文件以外，删除在当前文件夹下生成的文件。
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```
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$ rm a.out hellogcc.o
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$ ls
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hellogcc.c
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```
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#### 预处理器
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首先，启动预处理器，将其输出重定向为 `hellogcc.i` ：
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```
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$ cpp hellogcc.c > hellogcc.i
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$ ls
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hellogcc.c hellogcc.i
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```
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查看输出文件，并注意一下预处理器是如何包含头文件和扩展宏中的源文件代码的。
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#### 编译器
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现在，你可以编译代码为汇编代码。使用 `-S` 选项来设置 GCC 只生成汇编代码：
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```
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$ gcc -S hellogcc.i
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$ ls
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hellogcc.c hellogcc.i hellogcc.s
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$ cat hellogcc.s
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```
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查看汇编代码，来看看生成了什么。
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#### 汇编
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使用你刚刚所生成的汇编代码来创建一个目标文件：
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```
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$ as -o hellogcc.o hellogcc.s
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$ ls
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hellogcc.c hellogcc.i hellogcc.o hellogcc.s
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```
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#### 链接
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要生成一个可执行文件，你必须将对象文件链接到它所依赖的库。这并不像前面的步骤那么简单，但它却是有教育意义的：
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```
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$ ld -o hellogcc hellogcc.o
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ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 0000000000401000
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ld: hellogcc.o: in function `main`:
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||||
hellogcc.c:(.text+0xa): undefined reference to `puts'
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```
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||||
在链接器查找完 `libc.so` 库后，出现一个引用 `undefined puts` 错误。你必须找出适合的链接器选项来链接必要的库以解决这个问题。这不是一个小技巧，它取决于你的系统的布局。
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||||
在链接时，你必须链接代码到<ruby>核心运行时<rt>core runtime</rt></ruby>（CRT）目标，这是一组帮助二进制可执行文件启动的子例程。链接器也需要知道在哪里可以找到重要的系统库，包括 `libc` 和 `libgcc`，尤其是其中的特殊的开始和结束指令。这些指令可以通过 `--start-group` 和 `--end-group` 选项来分隔，或者使用指向 `crtbegin.o` 和 `crtend.o` 的路径。
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||||
这个示例使用了 RHEL 8 上的路径，因此你可能需要依据你的系统调整路径。
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```
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$ ld -dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 \
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-o hello \
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/usr/lib64/crt1.o /usr/lib64/crti.o \
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--start-group \
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-L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/8 \
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-L/usr/lib64 -L/lib64 hello.o \
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||||
-lgcc \
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||||
--as-needed -lgcc_s \
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||||
--no-as-needed -lc -lgcc \
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--end-group \
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||||
/usr/lib64/crtn.o
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```
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||||
在 Slackware 上，同样的链接过程会使用一组不同的路径，但是，你可以看到这其中的相似之处：
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```
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$ ld -static -o hello \
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-L/usr/lib64/gcc/x86_64-slackware-linux/11.2.0/ \
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/usr/lib64/crt1.o /usr/lib64/crti.o hello.o /usr/lib64/crtn.o \
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--start-group \
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-lc -lgcc -lgcc_eh \
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--end-group
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```
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现在，运行由此生成的可执行文件：
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```
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$ ./hello
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Hello, GCC!
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```
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### 一些有用的实用程序
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下面是一些帮助检查文件类型、<ruby>符号表<rt>symbol tables</rt></ruby> 和链接到可执行文件的库的实用程序。
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使用 `file` 实用程序可以确定文件的类型：
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```
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$ file hellogcc.c
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hellogcc.c: C source, ASCII text
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$ file hellogcc.o
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hellogcc.o: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), not stripped
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$ file hellogcc
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||||
hellogcc: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=bb76b241d7d00871806e9fa5e814fee276d5bd1a, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped
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||||
```
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对目标文件使用 `nm` 实用程序可以列出 <ruby>符号表<rt>symbol tables</rt></ruby> ：
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```
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$ nm hellogcc.o
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0000000000000000 T main
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U puts
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```
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使用 `ldd` 实用程序来列出动态链接库：
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```
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$ ldd hellogcc
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||||
linux-vdso.so.1 (0x00007ffe3bdd7000)
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||||
libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f223395e000)
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||||
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f2233b7e000)
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```
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### 总结
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在这篇文章中，你了解到了 GCC 编译中的各种中间步骤，和检查文件类型、<ruby>符号表<rt>symbol tables</rt></ruby> 和链接到可执行文件的库的实用程序。在你下次使用 GCC 时，你将会明白它为你生成一个二进制文件所要做的步骤，并且当出现一些错误时，你会知道如何逐步处理解决问题。
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via: https://opensource.com/article/22/5/gnu-c-compiler
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作者：[Jayashree Huttanagoudar][a]
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选题：[lkxed][b]
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译者：[robsean](https://github.com/robsean)
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校对：[wxy](https://github.com/wxy)
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本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出
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||||
[a]: https://opensource.com/users/jayashree-huttanagoudar
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||||
[b]: https://github.com/lkxed
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||||
[1]: https://opensource.com/sites/default/files/lead-images/build_structure_tech_program_code_construction.png
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[2]: https://opensource.com/sites/default/files/2022-05/compiler-flowchart.png
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@ -1,271 +0,0 @@
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[#]: subject: "A programmer's guide to GNU C Compiler"
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[#]: via: "https://opensource.com/article/22/5/gnu-c-compiler"
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[#]: author: "Jayashree Huttanagoudar https://opensource.com/users/jayashree-huttanagoudar"
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[#]: collector: "lkxed"
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[#]: translator: "robsean"
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[#]: reviewer: " "
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[#]: publisher: " "
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[#]: url: " "
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一篇 GNU C 编译器的程序员指南
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设法查看生成二进制文件步骤的幕后信息，在你的一些东西出错时，以便你知道如何逐步处理解决问题。
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![GitHub launches Open Source Friday][1]
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图片版权: Opensource.com
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C 语言是一种著名保存语言，深受新老程序员的好评。使用 C 语言编写的源文件代码，因为使用标准的英语术语，所以，它被认为是人类可读的。然而，计算机只能理解二进制代码。为将代码转换位机器语言，你需要使用一种被称为 *<ruby>编译器<rt>compiler</rt></ruby>* 的工具。
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一种非常常见的编译器是 GCC (GNU C Compiler)。编译过程涉及一些中间步骤和附属的工具。
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### 安装 GCC
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为验证在你的系统上是否已经安装了 GCC，使用 `gcc` 命令：
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```
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||||
$ gcc --version
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```
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||||
如有必要，使用你的软件包管理器来安装 GCC 。在基于 Fedora 的系统上，使用 `dnf` ：
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```
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$ sudo dnf install gcc libgcc
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```
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在基于 Debian 的系统上，使用 `apt` ：
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```
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$ sudo apt install build-essential
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```
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在安装后，如果你想查看 GCC 的安装位置，那么使用：
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```
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$ whereis gcc
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```
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### 演示使用 GCC 来编译一个简单的 C 程序
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这里有一个简单的 C 程序，用于演示如何使用 GCC 来编译。打开你最喜欢的文本编辑器，并在其中粘贴这段代码：
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```
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||||
// hellogcc.c
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||||
#include <stdio.h>
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||||
int main() {
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||||
printf("Hello, GCC!\n");
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return 0;
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}
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```
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||||
保存文件为 `hellogcc.c` ，接下来编译它：
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```
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$ ls
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hellogcc.c
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$ gcc hellogcc.c
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$ ls -1
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a.out
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hellogcc.c
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```
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如你所见，`a.out` 是编译后默认生成的二进制文件。为查看你所新编译的应用程序的输出，只需要运行它，就像你运行任意本地二进制文件一样：
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```
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$ ./a.out
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Hello, GCC!
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```
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### 命名输出的文件
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文件名称 `a.out` 是非常莫名其妙的，所以，如果你想具体指定可执行文件的名称，你可以使用 `-o` 选项：
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```
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$ gcc -o hellogcc hellogcc.c
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$ ls
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a.out hellogcc hellogcc.c
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$ ./hellogcc
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Hello, GCC!
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```
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当开发一个大型的并且需要编译多个 C 源文件文件的应用程序时，这种选项是很有用的。
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### 在 GCC 编译中的中间步骤
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编译实际上有四个步骤，即使在简单的用法示例中，GCC 自动地执行编译。
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1. <ruby>预处理<rt>Pre-Processing</rt></ruby>：GNU 的 C 预处理器 (cpp) 解析头文件 (#include 语句)，详细阐明扩展 <ruby>宏<rt>macros </rt></ruby> (#define 语句)，并使用宏中的源文件代码来生成一个中间文件，如 `hellogcc.i` 。
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||||
2. <ruby>编译<rt>Compilation</rt></ruby>：在这个期间中，编译器转换预处理的源文件代码为一种具体指定的 CPU 架构的汇编代码。由此生成是汇编文件使用一个 `.s` 扩展名来命名，如在这个示例中的 `hellogcc.s` 。
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||||
3. <ruby>汇编<rt>Assembly</rt></ruby>：`as` 汇编程序 (as) 转换汇编代码为在 <ruby>对象<rt>object</rt></ruby> 文件中的机器代码，例如 `hellogcc.o` 。
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||||
4. <ruby>链接<rt>Linking</rt></ruby>：链接器 (ld) 链接使用库代码的 <ruby>对象<rt>object</rt></ruby> 代码来生成一个可执行文件，例如 `hellogcc` 。
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||||
在运行 GCC 时，使用 `-v` 选项来查看每一步的细节。
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```
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||||
$ gcc -v -o hellogcc hellogcc.c
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```
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![Compiler flowchart][2]
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图片版权：(Jayashree Huttanagoudar, CC BY-SA 4.0)
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### 手动编译代码
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体验编译的每个步骤可能是很有用的，因此在一些环境下，你不需要 GCC 来完成所有的步骤。
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||||
首先，除源文件文件以外，删除在当前文件夹下生成的文件。
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```
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$ rm a.out hellogcc.o
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$ ls
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hellogcc.c
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```
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||||
#### 预处理器
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||||
首先，启动预处理器，将其输出重定向为 `hellogcc.i` ：
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```
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$ cpp hellogcc.c > hellogcc.i
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$ ls
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hellogcc.c hellogcc.i
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```
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查看输出文件，并注意预处理器如何包含头文件和扩展宏中的源文件代码。
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#### 编译器
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||||
现在，你可以编译代码为汇编代码。使用 `-S` 选项来设置 GCC 只生成汇编代码。
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```
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||||
$ gcc -S hellogcc.i
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||||
$ ls
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||||
hellogcc.c hellogcc.i hellogcc.s
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||||
$ cat hellogcc.s
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```
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||||
查看汇编代码，来查看生成了什么。
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#### 汇编
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||||
使用你刚刚所生成的汇编代码来创建一个对象文件：
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```
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||||
$ as -o hellogcc.o hellogcc.s
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$ ls
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hellogcc.c hellogcc.i hellogcc.o hellogcc.s
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```
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||||
#### 链接
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为生成一个可执行文件，你必需链接对象文件到它所依赖的库。这并不像前面的步骤那么简单，但它却是有教育意义的：
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```
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||||
$ ld -o hellogcc hellogcc.o
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ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 0000000000401000
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||||
ld: hellogcc.o: in function `main`:
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hellogcc.c:(.text+0xa): undefined reference to `puts'
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```
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||||
在链接器完成后，出现一个引用 `undefined puts` 错误，查看 `libc.so` 库。你必须找出适合的链接器选项来链接必要的库以解决这个问题。这不是一个小技巧，它取决于你发系统的布局。
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||||
在链接时，你必需链接代码到核心运行时 (CRT) 对象，一组帮助二进制文件启动的子实例程序。链接器也需要知道在哪里可以找到重要的系统库，包括 libc 和 libgcc，尤其是其中的特殊的开始和介绍指令。这些指令通过 `--start-group` 和 `--end-group` 选项来限定，或者使用指向 `crtbegin.o` 和 `crtend.o` 的路径.
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||||
这个示例显示在 RHEL 8 上使用的路径，因此你可能需要依据你的系统调整路径。
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```
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$ ld -dynamic-linker \
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/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 \
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-o hello \
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/usr/lib64/crt1.o /usr/lib64/crti.o \
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--start-group \
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-L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/8 \
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-L/usr/lib64 -L/lib64 hello.o \
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-lgcc \
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--as-needed -lgcc_s \
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--no-as-needed -lc -lgcc \
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--end-group
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/usr/lib64/crtn.o
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```
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在 Slackware 上，同样的链接过程会使用一组不同的路径，但是，你可以看到这其中的相似之处：
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```
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$ ld -static -o hello \
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-L/usr/lib64/gcc/x86_64-slackware-linux/11.2.0/ \
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/usr/lib64/crt1.o /usr/lib64/crti.o \
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hello.o /usr/lib64/crtn.o \
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--start-group -lc -lgcc -lgcc_eh \
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--end-group
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```
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现在，运行由此生成的可执行文件：
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```
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$ ./hello
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Hello, GCC!
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```
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### 一些有用的实用程序
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下面是一些帮助检查文件类型、 <ruby>符号表<rt>symbol tables</rt></ruby> 、和链接到可执行文件的库的实用程序。
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使用 `file` 实用程序来准确算出文件的类型：
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```
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$ file hellogcc.c
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hellogcc.c: C source, ASCII text
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$ file hellogcc.o
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hellogcc.o: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), not stripped
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$ file hellogcc
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hellogcc: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=bb76b241d7d00871806e9fa5e814fee276d5bd1a, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped
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```
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针对 <ruby>对象<rt>object</rt></ruby> 文件，使用 `nm` 实用程序来列出 <ruby>符号表<rt>symbol tables</rt></ruby> ：
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```
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$ nm hellogcc.o
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0000000000000000 T main
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U puts
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```
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使用 `ldd` 实用程序来列出动态链接库：
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```
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$ ldd hellogcc
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linux-vdso.so.1 (0x00007ffe3bdd7000)
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libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f223395e000)
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/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f2233b7e000)
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```
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### 总结
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在这篇文章中，你学习了在 GCC 编译中各种中间步骤，和检查文件类型、 <ruby>符号表<rt>symbol tables</rt></ruby> 、和链接到可执行文件的库的实用程序。在你下次使用 GCC 时，你将会明白它为你生成一个二进制文件所要做的步骤，并且当一些东西出错时，你会知道如何逐步处理解决问题。
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via: https://opensource.com/article/22/5/gnu-c-compiler
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作者：[Jayashree Huttanagoudar][a]
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选题：[lkxed][b]
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译者：[robsean](https://github.com/robsean)
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校对：[校对者ID](https://github.com/校对者ID)
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本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出
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[a]: https://opensource.com/users/jayashree-huttanagoudar
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[b]: https://github.com/lkxed
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[1]: https://opensource.com/sites/default/files/lead-images/build_structure_tech_program_code_construction.png
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[2]: https://opensource.com/sites/default/files/2022-05/compiler-flowchart.png
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