开发板学习Day8:第009课 gcc和arm-linux-gcc和Makefile

第001节_gcc编译器1_gcc常用选项__gcc编译过程详解

一，gcc简介

gcc : GNU Compiler Collection

特点：功能强大、功能灵活、多平台（X86、Arm）；既支持宿主的开发，又支持交叉编译。

二，gcc编译程序过程（以test.c为例）

一个C\C++程序至少需要预处理（preprocessing）、编译（compilation）、汇编（assembly）、链接（linking）这四步才能称为可执行文件。下面进行详细介绍：

- 预处理（Pre-Processing）
此过程主要处理C源文件中的”#ifdef”、”#include”、”#define”等预处理命令，宏定义展开，并且将inculde文件插入到 .i文件中”。编译时使用-E选项便可生成中间文件:
[shell]$ gcc -E test.c -o test.i

- 编译（Compiling）
此过程主要对预处理后的文件进行编译，生成汇编文件“* .s ”。编译时使用-S选项便可生成中间文件：
[shell]$ gcc -S test.i -o test.s

- 汇编（Assembling）
此过程将汇编文件转换成二进制机器代码“ *.o ”。使用-c选项便可生成中间文件：
[shell]$ gcc -c test.s -o test.o

- 链接（Linking）
此过程将二进制机器代码文件（*.o）与系统库的机器代码文件及库文件汇集成一个可执行的为二进制代码文件。使用如下命令：
[shell]$ gcc test.o -o test

最终生成可可执行文件test。实际操作时，gcc会将其合并成一个步骤来进行
[shell]$ gcc test.c -o test

三，gcc用法

            gcc    [options]    [filenames]

选项：

选项	功能
-E	Preprocess only; do not compile, assemble or link;只预处理，不会编译、汇编、链接
-S	Compile only; do not assemble or link; 只编译，不会汇编、链接；
-c	Compile and assemble, but do not link; 编译和汇编，不会链接；
-v	查看gcc编译器的版本，显示gcc执行时的详细过程
-o	指定文件输出名

小结：
1）输入文件的后缀名和选项共同决定gcc到底执行那些操作。

2）在编译过程中，除非使用了-E、-S、-c选项(或者编译出错阻止了完整的编译过程)
否则最后的步骤都是链接。

例：
方式1：
gcc hello.c
输出一个a.out，然后./a.out来执行该应用程序。

gcc -o hello hello.c
输出hello，然后./hello来执行该应用程序。

方式2：
gcc -E -o hello.i hello.c只进行预处理，而不进行编译、汇编、链接,生成中间文件hello.i

gcc -S -o hello.s hello.i只进行编译，而不进行汇编和链接，生成中间文件hello.s

gcc -c -o hello.o hello.s只进行汇编，而不进行链接，生成中间文件hello.o[o:object file(OBJ文件)]

gcc -o hello hello.o只进行链接操作。最终生成可执行文件hello

方式3：
gcc -c -o hello.o hello.c.c后缀的默认操作为预处理、编译、汇编，gcc默认对.c文件进行预处理，-c选项指定的操作是编译和汇编；生成中间文件hello.o

gcc -o hello hello.o.gcc将hello.o文件执行链接操作，

第002节gcc编译器2深入讲解链接过程

链接就是将汇编生成的OBJ文件、系统库的OBJ文件、库文件链接起来，最终生成可以在特定平台运行的可执行程序。

crt1.o、crti.o、crtbegin.o、crtend.o、crtn.o是gcc加入的系统标准启动文件，对于一般应用程序，这些启动是必需的。

-lc：链接libc库文件，其中libc库文件中就实现了printf等函数。

而执行gcc -v -nostdlib -o hello hello.o则会提示因为没有链接系统标准启动文件和标准库文件，而链接失败。

原因在于一般应用程序需要系统标准启动文件和标准库文件。这个-nostdlib选项常用于裸机/bootloader、linux内核等程序，因为它们不需要启动文件、标准库文件。

动态库链接：
动态链接使用动态链接库进行链接，生成的程序在执行的时候需要加载所需的动态库才能运行。

动态链接生成的程序体积较小，但是必须依赖所需的动态库，否则无法执行。

ldd hello用于查看hello文件链接了那些动态库

gcc -c -o hello.o hello.c

gcc -o hello_shared  hello.o

静态库链接：
静态链接使用静态库进行链接，生成的程序包含程序运行所需要的全部库，可以直接运行，因此，静态链接生成的程序体积较大。

gcc -c -o hello.o hello.c

gcc -o hello_shared  hello.o

gcc -static -o hello_static hello.o`

第003节c语言指针复习1_指向char和int的指针（略）

第004节c语言指针复习2指向数组和字符串的指针（略）

第005节_Makefile的引入及规则

使用keil, mdk, avr等工具开发程序时点击鼠标就可以编译了，它的内部机制是什么？它怎么组织管理程序？怎么决定编译哪一个文件？
答：实际上windows工具管理程序的内部机制，也是Makefile，我们在linux下来开发裸板程序的时候，使用Makefile组织管理这些程序，本节我们来讲解Makefile最基本的规则。Makefile要做什么事情呢？ 组织管理程序，组织管理文件，我们写一个程序来实验一下：
文件a.c

    #include <stdio.h>

    int main()
    {
    func_b();
    return 0;
    }

文件b.c

    #include <stdio.h>

    void func_b()
    {
        printf("This is B\n");
    }

编译：

    gcc -o test a.c b.c

运行：

    ./test

结果：

    This is B

gcc -o test a.c b.c这条命令虽然简单，但是它完成的功能不简单。 我们来看看它做了哪些事情。
我们知道.c程序 –> 得到可执行程序
它们之间要经过四个步骤：
1.预处理
2.编译
3.汇编
4.链接
我们经常把前三个步骤统称为编译了。我们具体分析：gcc -o test a.c b.c这条命令 它们要经过下面几个步骤：
1）.对于a.c执行：预处理 编译 汇编 的过程，a.c –>xxx.s –>xxx.o 文件。
2）.对于b.c执行：预处理 编译 汇编 的过程，b.c –>yyy.s –>yyy.o 文件。
3）.最后：xxx.o和yyy.o链接在一起得到一个test应用程序。
提示：gcc -o test a.c b.c -v ：加上一个‘-v’选项可以看到它们的处理过程，

第一次编译a.c得到xxx.o文件，这是很合乎情理的， 执行完第一次之后，如果修改a.c 又再次执行：gcc -o test a.c b.c，对于a.c应该重新生成xxx.o，但是对于b.c又会重新编译一次，这完全没有必要，b.c根本没有修改，直接使用第一次生成的yyy.o文件就可以了。
缺点：对所有的文件都会再处理一次，即使b.c没有经过修改，b.c也会重新编译一次， 当文件比较少时，
这没有什么问题，当文件非常多的时候，就会带来非常多的效率问题。
如果文件非常多的时候，我们，只是修改了一个文件，所用的文件就会重新处理一次，编译的时候就会等待很长时间。
对于这些源文件，我们应该分别处理，执行：预处理 编译 汇编 ，先分别编译它们，最后再把它们链接在一次，比如：
编译：

gcc -o a.o a.c
gcc -o b.o b.c

链接：

gcc -o  test  a.o  b.o

比如：上面的例子，当我们修改a.c之后,a.c会重现编译然后再把它们链接在一起就可以了。，b.c 就不需要重新编译。
那么问题又来了，怎么知道哪些文件被更新了/被修改了？

比较时间：比较目标文件和其依赖文件的时间。因为在Makefile文件中，目标文件是对依赖文件执行相应的命令生成的；所以，肯定先有依赖文件才有可能有目标文件，也就是说，目标文件的时间肯定要比依赖文件晚。如果依赖文件的时间比目标文件还晚，那就说明在目标文件生成之后，其依赖文件进行了更新，因此，我们要根据最新的依赖文件来得到最新的目标文件，于是就执行相应的命令。在目标文件不存在时，也执行相应的命令。Makefile 就是这样做的。

我们现在来写出一个简单的Makefile: makefie最基本的语法是规则：
目标 : 依赖1 依赖2 …
[TAB]命令
当“依赖”比“目标”新，执行它们下面的命令。我们要把上面三个命令写成makefile规则，如下：

test ：a.o b.o   //test是目标，它依赖于a.o b.o文件，一旦a.o或者b.o比test新的时候，或
                    者test不存在时就需要执行下面的命令，重新生成test可执行程序。 
    gcc -o test a.o b.o
a.o : a.c       //a.o依赖于a.c，当a.c更加新或者a.o不存在时，执行下面的命令来生成a.o
    gcc -c -o a.o a.c
b.o : b.c       //b.o依赖于b.c,当b.c更加新或者b.o不存在时，执行下面的命令，来生成b.o
    gcc -c -o b.o b.c

我们来作一下实验：
在改目录下我们写一个Makefile文件：
文件：Makefile ：

    test:a.o b.o
        gcc -o test a.o b.o

    a.o : a.c
        gcc -c -o a.o a.c

    b.o : b.c
        gcc -c -o b.o b.c

上面是makefile中的三条规则。

makefile,就是名字为“makefile”的文件。当我们想编译程序时，直接执行make命令就可以了，一执行make命令,它默认生成第一个目标test可执行程序, 如果发现a.o 或者b.o没有，就要先生成a.o或者b.o，发现a.o依赖a.c，有a.c 但是没有a.o,他就会认为a.c比a.o新，就会执行它们下面的命令来生成a.o，同理b.o和b.c的处理关系也是这样的。

如果修改a.c ，我们再次执行make，它的本意是想生成第一个目标test应用程序,
它需要先生成a.o, 发现a.o依赖a.c(我们修改了a.c)，发现a.c比a.o更加新，就会执行gcc -c -o a.o a.c命令来生成a.o文件。b.o依赖b.c，发现b.c并没有修改，就不会执行gcc -c -o b.o b.c来重新生成b.o文件。现在a.o b.o都有了，其中的a.o比test更加新，就会执行gcc -o test a.o b.o来重新链接得到test可执行程序。所以当执行make命令时候就会执行下面两条命令：

gcc -c -o a.o a.c
gcc -o test a.o b.o

我们第一次执行make的时候，会执行下面三条命令(三条命令都执行)：

gcc -c -o a.o a.c 
gcc -c -o b.o b.c 
gcc -o test a.o b.o 

再次执行make 就会显示下面的提示：

make: `test' is up to date.

我们再次执行make 就会判断Makefile文件中的依赖，发现依赖没有更新，所以目标文件就不会重现生成，就会有上面的提示。当我们修改a.c后，重新执行make, 就会执行下面两条指令：

gcc -c -o a.o a.c
gcc -o test a.o b.o

我们同时修改a.c b.c，执行make就会执行下面三条指令。

gcc -c -o a.o a.c
gcc -c -o b.o b.c
gcc -o test a.o b.o

a.c文件修改了，重新编译生成a.o, b.c修改了重新编译生成b.o，a.o, b.o都更新了重新链接生成test可执行程序，makefile的规则其实还是比较简单的。

规则是Makefie的核心，执行make命令的时候，就会在当前目录下面找到名字为：Makefile的文件，根据里面的内容来执行里面的判断/命令。

第006节_Makefile的语法

通配符
假如一个目标文件所依赖的依赖文件很多，那样岂不是我们要写很多规则，这显然是不合乎常理的。 我们可以使用通配符，来解决这些问题。

我们对上节程序进行修改代码如下：

test: a.o b.o 
    gcc -o test $^

%.o : %.c
    gcc -c -o $@ $<

%.o：表示所用的.o文件
%.c：表示所有的.c文件
$@：表示目标$<：表示第1个依赖文件
$^：表示所有依赖文件

我们来在该目录下增加一个c.c文件，代码如下：

#include <stdio.h>

void func_c()
{
    printf("This is C\n");
}

然后在main函数中调用修改Makefile，修改后的代码如下：

test: a.o b.o c.o
    gcc -o test $^

%.o : %.c
    gcc -c -o $@ $<

执行：

make

结果：

gcc -c -o a.o a.c
gcc -c -o b.o b.c
gcc -c -o c.o c.c
gcc -o test a.o b.o c.o

运行：

./test

结果：

This is B
This is C

假想目标: .PHONY

1.我们想清除文件，我们在Makefile的结尾添加如下代码就可以了：

clean:
    rm *.o test

1）.执行make：默认生成第一个目标。
2）.执行make clean: 清除所有文件，即执行：rm *.o test。
注意：
make后面可以带上目标名，也可以不带，如果不带目标名的话它就想生成第一个规则里面的第一个目标。

2.使用Makefile

执行：make [目标]
也可以不跟目标名，若无目标默认第一个目标。我们直接执行make的时候，会在makefile里面找到第一个目标然后执行下面的指令生成第一个目标。当我们执行make clean的时候，就会在Makefile里面找到clean这个目标，然后执行里面的命令，这个写法有些问题，原因是我们的目录里面没有clean这个文件，这个规则执行的条件成立，他就会执行下面的命令来删除文件。

如果：该目录下面有名为clean文件怎么办呢？
我们在该目录下创建一个名为“clean”的文件，然后重新执行：make然后make clean，结果(会有下面的提示：)：

make: `clean' is up to date.

它根本没有执行我们的删除操作，这是为什么呢？
我们之前说，一个规则能过执行的条件：
1).目标文件不存在
2).依赖文件比目标新。

现在我们的目录里面有名为“clean”的文件，目标文件是有的，并且没有依赖文件，没有办法判断依赖文件的时间。这种写法会导致：有同名的”clean”文件时，就没有办法执行make clean操作。解决办法：我们需要把目标定义为假想目标，用关键字PHONY。

.PHONY: clean     //把clean定义为假想目标。他就不会判断名为“clean”的文件是否存在;

然后在Makfile结尾添加.PHONY: clean语句，重新执行：make clean，就会执行删除操作。

在makefile中有两种变量：
1)简单变量(即时变量)：

A := xxx   # A的值即刻确定，在定义时即确定

对于即时变量使用“:=”表示，它的值在定义的时候已经被确定了

2）延时变量

B = xxx    # B的值使用到时才确定 

对于延时变量使用“=”表示。它只有在使用到的时候才确定，在定义/等于时并没有 确定下来。
想使用变量的时候使用“$”来引用，如果不想看到命令是，可以在命令的前面加上”@”符号，就不会显示命令本身。当我们执行make命令的时候，make这个指令本身，会把整个Makefile读进去，进行全部分析，然后解析里面的变量。常用的变量的定义如下：

:=   # 即时变量
=    # 延时变量
?=   # 延时变量, 如果是第1次定义才起效, 如果在前面该变量已定义则忽略这句
+=   # 附加, 它是即时变量还是延时变量取决于前面的定义
?=： 如果这个变量在前面已经被定义了，这句话就不会起效果，

实例：

A := $(C)
B = $(C)
C = abc

#D = 100ask
D ?= weidongshan

all:
    @echo A = $(A)
    @echo B = $(B)
    @echo D = $(D)

C += 123

执行：

make

结果：

A =
B = abc 123
D = weidongshan

分析：
1) A := $(C)： A为即时变量，在定义时即确定，由于刚开始C的值为空，所以A的值也为空。 2) B =$(C)： B为延时变量，只有使用到时它的值才确定，当执行make时，会解析Makefile里面的所用变量，所以先解析C = abc,然后解析C += 123，此时，C = abc 123，当执行：@echo B = $(B) B的值为 abc 123。
3) D ?= weidongshan： D变量在前面没有定义，所以D的值为weidongshan，如果在前面添加D = 100ask，最后D的值为100ask。

我们还可以通过命令行存入变量的值 例如：
执行：

make D=123456

里面的D ?= weidongshan这句话就不起作用了。
结果：

A =
B = abc 123
D = 123456

第007节_Makefile函数

makefile 里面可以包含很多函数，这些函数都是make本身实现的，下面我们来几个常用的函数。
引用一个函数用“$”。

1,函数foreach

函数foreach语法如下：

$(foreach var,list,text)

前两个参数，‘var’和‘list’，将首先扩展，注意最后一个参数‘text’此时不扩展；接着，对每一个‘list’扩展产生的字，将用来为‘var’扩展后命名的变量赋值；然后‘text’引用该变量扩展；因此它每次扩展都不相同。结果是由空格隔开的‘text’ 在‘list’中多次扩展的字组成的新的‘list’。‘text’多次扩展的字串联起来，字与字之间由空格隔开，如此就产生了函数foreach的返回值。
实例：

A = a b c
B = $(foreach f, $(A), $(f).o)

all:
    @echo B = $(B)

结果：

B = a.o b.o c.o

2,函数filter/filter-out

函数filter/filter-out语法如下：

$(filter pattern...,text)      # 在text中取出符合patten格式的值
$(filter-out pattern...,text)  # 在text中取出不符合patten格式的值

实例：

C = a b c d/

D = $(filter %/, $(C))
E = $(filter-out %/, $(C))

all:
        @echo D = $(D)
        @echo E = $(E)

结果：

D = d/
E = a b c

3,函数Wildcard

函数Wildcard语法如下：

$(wildcard pattern)   # pattern定义了文件名的格式, wildcard取出其中存在的文件这个函数wildcard会以
pattern这个格式，去寻找存在的文件，返回存在文件的名字。

实例：
在该目录下创建三个文件：a.c b.c c.c

files = $(wildcard *.c)

all:
        @echo files = $(files)

结果：

files = a.c b.c c.c

我们也可以用wildcard函数来判断，真实存在的文件 实例：

files2 = a.c b.c c.c d.c e.c  abc
files3 = $(wildcard $(files2))

all:
        @echo files3 = $(files3)

结果：

files3 = a.c b.c c.c

4,patsubst函数

函数patsubst语法如下：

$(patsubst pattern,replacement,$(var))
patsubst函数是从var变量里面取出每一个值，如果这个符合pattern格式，把它替换成replacement格式。 

实例：

files2  = a.c b.c c.c d.c e.c abc

dep_files = $(patsubst %.c,%.d,$(files2))

all:
        @echo dep_files = $(dep_files)

结果：

dep_files = a.d b.d c.d d.d e.d abc

第008节_Makefile实例

前面讲了那么多Makefile的知识，现在开始做一个实例。

在c.c里面，包含一个头文件c.h，在c.h里面定义一个宏，把这个宏打印出来。
c.c:

#include <stdio.h>
#include <c.h>

void func_c()
{
    printf("This is C = %d\n", C);
}

c.h:

#define C 1

然后上传编译，执行./test,打印出：

This is B
This is C =1

测试没有问题，然后修改c.h：

#define C 2

重新编译，发现没有更新程序，运行，结果不变，说明现在的Makefile存在问题。

为什么会出现这个问题呢， 首先我们test依赖c.o，c.o依赖c.c，如果我们更新c.c，会重新更新整个程序。 但c.o也依赖c.h，我们更新了c.h，并没有在Makefile上体现出来，导致c.h的更新，Makefile无法检测到。 因此需要添加:

c.o : c.c c.h

现在每次修改c.h，Makefile都能识别到更新操作，从而更新最后输出文件。

这样又冒出了一个新的问题，我们怎么为每个.c文件添加.h文件呢？对于内核，有几万个文件，不可能为每个文件依次写出其头文件。 因此需要做出改进，让其自动生成头文件依赖，可以参考这篇文章：http://blog.csdn.net/qq1452008/article/details/50855810

gcc -M c.c // 打印出依赖

gcc -M -MF c.d c.c  // 把依赖写入文件c.d

gcc -c -o c.o c.c -MD -MF c.d  // 编译c.o, 把依赖写入文件c.d

修改Makefile如下：

objs = a.o b.o c.o

dep_files := $(patsubst %,.%.d, $(objs))
dep_files := $(wildcard $(dep_files))

test: $(objs)
    gcc -o test $^

ifneq ($(dep_files),)
include $(dep_files)
endif

%.o : %.c
    gcc -c -o $@ $< -MD -MF .$@.d

clean:
    rm *.o test

distclean:
    rm $(dep_files)

.PHONY: clean

首先用obj变量将.o文件放在一块。 利用前面讲到的函数，把obj里所有文件都变为.%.d格式，并用变量dep_files表示。 利用前面介绍的wildcard函数，判断dep_files是否存在。 然后是目标文件test依赖所有的.o文件。 如果dep_files变量不为空，就将其包含进来。 然后就是所有的.o文件都依赖.c文件，且通过-MD -MF生成.d依赖文件。 清理所有的.o文件和目标文件 清理依赖.d文件。

现在我门修改了任何.h文件，最终都会影响最后生成的文件，也没任何手工添加.h、.c、.o文件，完成了支持头文件依赖。

添加编译参数

下面再添加CFLAGS，即编译参数。比如加上编译参数-Werror，把所有的警告当成错误。

CFLAGS = -Werror -Iinclude

%.o : %.c
    gcc $(CFLAGS) -c -o $@ $< -MD -MF .$@.d

现在重新make，发现以前的警告就变成了错误，必须要解决这些错误编译才能进行。在a.c里面声明一下函数：

void func_b();
void func_c();

重新make，错误就没有了。

指定头文件目录

除了编译参数-Werror，还可以加上-I参数，指定头文件路径，-Iinclude表示当前的inclue文件夹下。 此时就可以把c.c文件里的#include “c.h”改为#include