张吉豫 zhangjiyu@mprc.pku.edu.cn 2005-03-12 GNU编译工具链使用简介 张吉豫 zhangjiyu@mprc.pku.edu.cn 2005-03-12

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

编译工具链的基本工作流程 一个“hello world”程序的演变历程 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

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

GCC 功能： 组成：一组可执行程序 + 一组库 支持多种语言和目标机 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

Binutils 功能： 组成：一组可执行程序 支持多种目标机 汇编语言(.s)－>目标文件－>可执行程序 查看二进制文件信息 as、ld objdump、readelf、ar …… 支持多种目标机

Glibc 功能： 组成：若干可执行程序 + 大量库 绝大部分与目标机无关 提供语言和操作系统的标准库函数 ldd、iconv、locale…… ISO C、POSIX、UNIX、GNU 绝大部分与目标机无关

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

.c、.cc、.F .i、.ii、.f .s、.o cpp0 … .c、.cc、.F .i、.ii、.f cc1、cc1plus、f771 … gcc g++ g77 …… .i、.ii、.f .s .s as libgcc.a …… .o .o ld、ar…… glibc 可执行程序或库

常用工具和选项 编译： 汇编和连接： 二进制工具： gcc/g++/g77 as、ld objdump、readelf、strip、ar、nm、ldd gprof、gcov

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

编译（1） gcc/g++/g77 [options] file... -Wall -g -O -O0 -O1 -O2 -O3 -Os 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

编译（2） -I -L -l -static -shared -pg -fprofile-arcs -ftest-coverage 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

编译（3） -E -S -c -o -v 输出预处理后的文件（.i、.ii、.f 等） 输出编译生成的汇编文件（.s） 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。

编译（4） 基于profiling的优化编译 使用方法 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。 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sourcefile.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

汇编和连接 as [option...] [asmfile...] ld [options] file... 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

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

ELF可重定位目标文件示例 sections ELF header .text .rodata .data .bss .symtab .rel.text .rel.data .debug .line .strtab Section header tables sections

二进制工具（1） objdump [option(s)] [file(s)] 常用选项： 反汇编各种格式的目标文件和可执行程序 -d -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

二进制工具（2） readelf [option(s)] elf-file(s) 常用选项： 显示ELF格式文件信息 -e -s -r -a 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

二进制工具（3） strip [option(s)] in-file(s) 常用选项： 删除输入文件的符号表和指定的section -o 指定输出文件名

二进制工具（4） ar 常用命令： 举例 取出libc.a中的所有目标文件（*.o）到当前目录 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

二进制工具（5） nm [option(s)] [file(s)] 举例 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

二进制工具（6） ldd [OPTION]... FILE... 举例 输出动态连接程序的共享库依赖关系 [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]$

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

二进制工具（8） gcov 使用方法 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、sourcefile.bbg、sourcefile.da（二进制数据） 显示：gcov sourcefile.c 生成sourcefile.gcov

Unicore工具链 移植GNU工具链到unicore系统 两套版本 uc1 uc2 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

Unicore工具链 使用方法 本地： 交叉编译： 与在x86上的本地工具链几乎没有什么区别 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=

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!