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GNU 编译工具链使用简介

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. hello.i (text). hello.s (text). hello.o (binary). hello (binary). hello.c (text). Pre-processor (cpp / Gcc -E). Compiler (cc1 / Gcc -S). Assembler (as / Gcc -c).

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GNU 编译工具链使用简介

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

  2. 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

  3. hello.i(text) hello.s(text) hello.o(binary) hello(binary) hello.c(text) Pre-processor(cpp / Gcc -E) Compiler (cc1 / Gcc -S) Assembler (as / Gcc -c) Linker (ld) printf.o(binary) 编译工具链的基本工作流程 一个“hello world”程序的演变历程

  4. 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

  5. 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

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. .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

  10. 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

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. 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。

  15. 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

  16. 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

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

  18. ELF可重定位目标文件示例 sections

  19. 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

  20. 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

  21. 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

  22. 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

  23. 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 ……

  24. 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]$

  25. 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

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

  27. 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

  28. 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=

  29. 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 …… • ……

  30. Thank you!

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