GCC编译器CFLAGS、LDFLAGS详解

前言

  在Linux开发中，我们经常用到Makefile来管理代码，进行代码的编译。一般的Makefile中都会包含CFLAGS、LDFLAGS两个选项，用于指导编译和链接的过程。

  有时候我们总是不注意这两个选项的一些区别，将某些编译选项放到链接选项中，导致编译生成的程序出现无法预知的问题；

CC = gcc
CFLAGS = -Wall -Werror
LDFLAGS =

# 所有的 C 源文件
SRCS = file1.c file2.c file3.c

# 对应的目标文件
OBJS = $(SRCS:.c=.o)

# 可执行文件名
TARGET = myprogram

.PHONY: all clean

all: $(TARGET)

$(TARGET): $(OBJS)
	$(CC) $(LDFLAGS) $^ -o $@

%.o: %.c
	$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

clean:
	rm -f $(OBJS) $(TARGET)

一、CFLAGS、LDFLAGS详解

  在编译 C/C++ 程序时，可以使用 CFLAGS 和 LDFLAGS 环境变量来设置编译器的选项。下面对 CFLAGS 和 LDFLAGS 进行详解：

1. CFLAGS

  CFLAGS 是用于设置 C/C++ 编译器选项的环境变量。它可以用来指定编译过程中的各种选项，如优化级别、警告级别、头文件包含路径等。

示例：

   export CFLAGS="-O2 -Wall -I/path/to/include"
   gcc $CFLAGS -o output input.c

  在上面的示例中，设置了 -O2 优化级别、-Wall 警告选项和包含路径为 /path/to/include。然后，使用 $CFLAGS 变量传递这些选项给编译器。

2. LDFLAGS

  LDFLAGS 是用于设置链接器选项的环境变量。它可以用来指定链接过程中的各种选项，如库路径、库文件等。

示例：

   export LDFLAGS="-L/path/to/lib -lmylib"
   gcc -o output input.c $LDFLAGS

  在上面的示例中，设置了库路径为 /path/to/lib，并链接名为 libmylib 的库文件。然后，使用 $LDFLAGS 变量传递这些选项给链接器。

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  通过设置 CFLAGS 和 LDFLAGS 环境变量，可以在编译和链接过程中方便地传递选项，从而控制编译器和链接器的行为。这些选项可以用于优化代码、处理警告、指定库和头文件路径等，以满足特定编译和链接需求。

  需要注意的是，CFLAGS 和 LDFLAGS 只是一种约定俗成的环境变量命名，实际上可以根据需要使用其他变量名。此外，还可以在命令行中直接指定编译和链接选项，而不使用环境变量。

二、常用的选项

1、常用的编译选项

1） -O选项

• -O0: 无优化。编译器不会进行任何优化，生成的代码与源代码几乎完全相同。这个级别用于调试和开发阶段，方便进行代码调试和分析。
• -O1: 基本优化。编译器进行一些基本的优化，例如去除一些无效的代码、缓存优化等。生成的代码比无优化模式稍微高效，但编译时间较短。
• -O2: 中等优化。编译器进行更多的优化，例如函数内联、循环展开、变量替换等。生成的代码比基本优化模式更高效，但编译时间可能更长一些。
• -O3: 最高优化。编译器进行较为激进的优化，例如高级函数内联、循环展开、更复杂的指令调度等。生成的代码非常高效，但编译时间可能会更长。

2）-Wall：开启所有警告信息。它会显示一系列潜在的代码问题，如未使用的变量、未定义的函数、隐式函数声明等。

3）-Werror：将所有警告视为错误，编译时任何警告将导致编译失败。这有助于确保代码的严格规范性和质量。

4） -g：生成调试信息，使得调试器可以定位到源代码的具体位置。调试信息包括变量名、函数名和行号等。

• -g: 默认级别的调试信息。生成的可执行文件中会包含基本的调试信息，例如变量名、源文件名和行号等。这是平时开发和调试时常用的级别。
• -g1 或 -ggdb1: 较低级别的调试信息。与默认级别相比，它会额外包含一些调试信息，例如宏定义、内联函数等。适用于需要更详细调试信息的场景。
• -g2 或 -ggdb2: 中等级别的调试信息。在 -g1 级别的基础上，进一步增加了一些调试信息，例如每个源代码的调试信息、全局变量等。适用于更复杂项目的调试需求。
• -g3 或 -ggdb3: 最高级别的调试信息。包含了最详细的调试信息，适用于对可执行文件进行深度调试和分析。

5） -I<path>：指定头文件的搜索路径，<path> 是头文件所在的目录路径。例如，-I/usr/include 指定了系统头文件所在的目录。

6）--verbose：--verbose 是一个通用选项，可以用于多种编译器和工具。在编译过程中，使用--verbose可以显示编译器的详细输出，包括正在编译的文件、所使用的编译选项、预处理器的定义等。这有助于了解编译过程中的各个环节和相关信息。

7）-std=<standard> 是 GCC 编译器的选项之一，用于指定要遵循的 C 或 C++ 标准。

以下是一些常见的 -std=<standard> 参数值：

• -std=c89 或 -ansi：使用 C89（也称为 ANSI C）标准。
• -std=c99：使用 C99 标准。
• -std=c11：使用 C11 标准。
• -std=gnu89：使用 GNU C89 扩展，允许使用一些非标准的特性。
• -std=gnu99：使用 GNU C99 扩展。
• -std=gnu11：使用 GNU C11 扩展。

对于 C++ 代码，可以使用以下参数值：

• -std=c++98：使用 C++98 标准。
• -std=c++03：使用 C++03 标准。
• -std=c++11：使用 C++11 标准。
• -std=c++14：使用 C++14 标准。
• -std=c++17：使用 C++17 标准。
• -std=c++20：使用 C++20 标准。

  请根据您的代码和目标平台的要求选择适当的标准。请注意，不同的标准可能支持不同的语言特性和功能，因此选择适当的标准能够确保代码在不同编译环境中的兼容性。

8）-D<macro>：定义预处理器宏。在 CFLAGS 中使用时，可以通过 -D 选项定义指定的宏。在 LDFLAGS 中使用时，它没有直接的作用。

9）-shared 和 -fPIC 是 GCC 编译器在编译共享库时常用的选项。

• -shared 选项用于告诉编译器生成一个共享库（动态链接库）而不是可执行文件。
• -fPIC 选项（Position Independent Code）用于生成位置无关代码，这种代码可以在内存中的任意位置执行，而不受限于特定的内存布局。这在共享库中特别重要，因为共享库需要在不同的进程空间中加载和执行。

在编译共享库时，通常的编译命令可能如下所示：

gcc -shared -fPIC -o mylib.so mylib.c

• -shared：生成一个共享库。
• -fPIC：编译时生成位置无关代码。
• -o mylib.so：指定生成的共享库文件名为 mylib.so。
• mylib.c：源代码文件名，这里假设需要编译成共享库的源代码文件是 mylib.c。

请注意，-shared 和 -fPIC 选项通常配合使用，以生成可供动态链接的共享库。

2、常用的链接选项

1） -L<path>：指定库文件的搜索路径，<path> 是库文件所在的目录路径。例如，-L/usr/lib 指定了系统库文件所在的目录。

2）-l<library>：指定要链接的库文件。<library> 通常是库文件名（不包括前缀 lib 和后缀名），例如 -lmath 表示链接数学库。

3） -static：进行静态链接，将所需的库文件嵌入到可执行文件中，使得可执行文件独立于系统环境。

4）-shared：进行动态链接，生成共享库（动态链接库），这些库可以在运行时被多个可执行文件共享使用，减少重复代码的占用空间。

5） -Wl,<option>：将 <option> 选项传递给链接器。例如，-Wl,-rpath,/usr/local/lib 指定运行时库搜索路径。

6）-Wl,--verbose：-Wl,--verbose 是用于GCC (GNU Compiler Collection)的链接器（ld）的选项。它会将 --verbose 选项传递给链接器，以显示链接过程的详细信息，包括库的搜索路径、所链接的库文件、链接的顺序等。

7）-export-dynamic：将所有符号导出，使得它们可被加载和链接到动态库中。

8）-Wl,-Bsymbolic：生成符号的绑定版本，以避免与其他库中的同名符号冲突。

9）-Wl,-rpath=<directory>：设置运行时库搜索路径。

10）-Wl,-E：将链接器参数 -E 传递给链接器。在链接过程中，参数 -E 的作用是保留所有未定义的符号，即使这些符号在最终的可执行文件中没有被使用。

11） -soname=<name>，它用来指定共享库的 soname（Shared Object Name）。Soname 是共享库的版本标识符，用于在运行时动态链接器加载共享库时进行符号解析和版本匹配。

  当一个可执行文件或其他共享库依赖于一个共享库时，它将使用共享库的 soname 来确定需要加载的库的版本。通过使用 soname，可以实现在不修改可执行文件的情况下，更新共享库并保持向后兼容。

  要使用 -soname=<name> 选项，可以将其包含在链接器命令中，指定共享库的名称作为 <name>。

  例如，以下命令使用 GCC 编译器和链接器来生成一个共享库文件，并指定其 soname 为 libmylib.so.1。

gcc -shared -Wl,-soname,libmylib.so.1 -o libmylib.so <source_files>

  在上面的命令中，-soname 后面的参数 libmylib.so.1 指定了共享库的 soname。

三、使用注意事项

  在使用 CFLAGS 和 LDFLAGS 设置编译器和链接器选项时，有一些值得注意的问题和需要避免的错误情况。以下是几点建议：

1. 注意选项的正确性：确保设置的选项是正确的，且与编译器和链接器兼容。不正确的选项可能导致编译错误或不正确的行为。

2. 谨慎使用优化选项：优化选项（如 -O2、-O3 等）可以提高代码执行效率，但有时也可能引入不可预料的问题。当优化级别过高时，可能会导致程序出现问题，甚至无法正确运行。因此，在使用优化选项时，需要进行充分的测试和验证。

3. 注意警告选项：合理开启警告选项（如 -Wall）可以帮助发现代码中的潜在问题和错误。然而，不是所有的警告都是严重错误，有时也会有误报。在设置警告选项时，需要评估并处理警告，避免忽略真正的问题。

4. 减少不必要的选项：不要使用过多不必要的选项。过多的选项可能增加复杂性，让代码更难维护和理解。只选择需要的选项，并确保它们对于特定项目和需求是合适的。

5. 注意库的链接顺序：在设置 LDFLAGS 时，需要注意库的链接顺序。某些库可能依赖于其他库，因此需要按正确的顺序链接。如果链接顺序不正确，可能会导致链接错误或运行时问题。

  总之，使用 CFLAGS 和 LDFLAGS 设置编译器和链接器选项时，需要谨慎设置并了解每个选项的含义和影响。仔细查阅相关文档、进行测试和验证，并根据具体项目需求进行合理的选择和配置。