【嵌入式Linux】嵌入式Linux应用开发基础知识之hello程序、GCC编译过程及选项、makefile

前言1、hello2、GCC

2.1、GCC编译过程2.2、GCC常用选项 3、Makefile

3.2、Makefile的引入及规则3.3、Makefile的语法3.4、Makefile函数

韦东山嵌入式Linux应用开发基础知识学习笔记

视频教程地址： https://www.bilibili.com/video/BV1kk4y117Tu?spm_id_from=333.788.b_765f64657363.5

hello.c

#include 



int main(int argc, char **argv)
{
	if (argc >= 2)
		printf("Hello, %s!n", argv[1]);
	else
		printf("Hello, world!n");
	return 0;
}

main函数参数说明：
  argc：argument count 参数个数
  argv：argument value 参数值
示例：
  输入hello weidongshan
  此时argc=2 argv[0]="hello" argv[1]="weidongshan"

安装完成NFS服务之后执行bash命令：arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -o hello hello.c
在开发板上挂载Ubuntu的NFS目录来互传文件：
在开发板上使用此命令来使得网络互通的开发板和ubuntu主机之间建立挂载关系：mount -t nfs -o nolock,vers=3 :/home//nfs_rootfs /mnt
例如：mount -t nfs -o nolock,vers=3 10.234.201.221:/home/mi/nfs_rootfs /mnt

发展历程： 电工开关->纸带打孔（使用机器码）->英文助记符（使用汇编码）->使用高级语言

下面通过一个程序的编译过程来说明这四个步骤：
hello.c

#include 

#define   MAX  20 
#define   MIN  10 

//#define  _DEBUG
#define   SetBit(x)  (1< 
在文件目录下的控制终端输入$ gcc -o hello hello.c -v可以得到编译过程：
 
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/lto-wrapper
OFFLOAD_TARGET_NAMES=nvptx-none
OFFLOAD_TARGET_DEFAULT=1
Target: x86_64-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-7/README.Bugs --enable-languages=c,ada,c++,go,brig,d,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --with-gcc-major-version-only --program-suffix=-7 --program-prefix=x86_64-linux-gnu- --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --libdir=/usr/lib --enable-nls --enable-bootstrap --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --with-default-libstdcxx-abi=new --enable-gnu-unique-object --disable-vtable-verify --enable-libmpx --enable-plugin --enable-default-pie --with-system-zlib --with-target-system-zlib --enable-objc-gc=auto --enable-multiarch --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-abi=m64 --with-multilib-list=m32,m64,mx32 --enable-multilib --with-tune=generic --enable-offload-targets=nvptx-none --without-cuda-driver --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 7.5.0 (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) 
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'hello' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/cc1 -quiet -v -imultiarch x86_64-linux-gnu hello.c -quiet -dumpbase hello.c -mtune=generic -march=x86-64 -auxbase hello -version -fstack-protector-strong -Wformat -Wformat-security -o /tmp/cceyrvE0.s
GNU C11 (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) version 7.5.0 (x86_64-linux-gnu)
	compiled by GNU C version 7.5.0, GMP version 6.1.2, MPFR version 4.0.1, MPC version 1.1.0, isl version isl-0.19-GMP

GGC heuristics: --param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072
ignoring nonexistent directory "/usr/local/include/x86_64-linux-gnu"
ignoring nonexistent directory "/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../../x86_64-linux-gnu/include"
#include "..." search starts here:
#include <...> search starts here:
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include
 /usr/local/include
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include-fixed
 /usr/include/x86_64-linux-gnu
 /usr/include
End of search list.
GNU C11 (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) version 7.5.0 (x86_64-linux-gnu)
	compiled by GNU C version 7.5.0, GMP version 6.1.2, MPFR version 4.0.1, MPC version 1.1.0, isl version isl-0.19-GMP

GGC heuristics: --param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072
Compiler executable checksum: b62ed4a2880cd4159476ea8293b72fa8
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'hello' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 as -v --64 -o /tmp/ccfFL7CE.o /tmp/cceyrvE0.s
GNU汇编版本 2.30 (x86_64-linux-gnu) 使用BFD版本 (GNU Binutils for Ubuntu) 2.30
COMPILER_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/
LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../../lib/:/lib/x86_64-linux-gnu/:/lib/../lib/:/usr/lib/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/../lib/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../:/lib/:/usr/lib/
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'hello' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/collect2 -plugin /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/liblto_plugin.so -plugin-opt=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/lto-wrapper -plugin-opt=-fresolution=/tmp/ccqVYCCi.res -plugin-opt=-pass-through=-lgcc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_s -plugin-opt=-pass-through=-lc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_s --build-id --eh-frame-hdr -m elf_x86_64 --hash-style=gnu --as-needed -dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 -pie -z now -z relro -o hello /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu/Scrt1.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu/crti.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/crtbeginS.o -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7 -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../../lib -L/lib/x86_64-linux-gnu -L/lib/../lib -L/usr/lib/x86_64-linux-gnu -L/usr/lib/../lib -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../.. /tmp/ccfFL7CE.o -lgcc --push-state --as-needed -lgcc_s --pop-state -lc -lgcc --push-state --as-needed -lgcc_s --pop-state /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/crtendS.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu/crtn.o
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'hello' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'

 
从编译过程中可以梳理出下图所示的四个步骤（预处理、编译、汇编、链接）：
 
 

 ▲hello.c编译过程
 
上述过程可以使用gcc -o hello hello.c完成，也可以使用下面四条命令分别完成
 gcc -E -o hello.i hello.c <-预处理
 gcc -S -o hello.s hello.i <-编译
 gcc -c -o hello.o hello.s <-汇编
 gcc -c hello hello.o <-链接
 
tips：语法错误是在编译过程中检测到的。
 
2.2、GCC常用选项 
 

 ▲GCC常用选项
 
关于GCC常用选项-c的使用：
 有这么几个文件：
 main.c
 
#include 
#include "sub.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
       int i;
       printf("Main fun!n");
       sub_fun();
       return 0;
}

 
sub.c
 
void sub_fun(void)
{
       printf("Sub fun!n");
}
 
sub.h
 
void sub_fun(void);
 
在文件目录下的终端里输入以下指令：
 $ gcc -o test main.c sub.c
 $ ./test
 可以得到如下结果：
 
 

 ▲终端结果
 
那么多个文件GCC编译产生的流程又是怎样的呢？
 答案如下：
 
 

 ▲多个文件GCC编译流程
 
这么做的问题：多个文件在进行GCC编译时可能由于一个文件中包含的错误使得整个过程前功尽弃，于是我们可以采用先编译不链接最后统一链接的方法来提高GCC编译的效率。
 
先编译不链接最后统一链接的方法：
 gcc -c -o main.o main.c <-编译
 gcc -c -o sub.o sub.c <-编译
 gcc -o test main.o sub.o <-链接
 ./test <-执行
 
 

 ▲GCC常用选项
 
关于GCC常用选项-I的使用：
 
如果把main.c中的#include "sub.h"更改为#include 会发生什么？
 
 

 ▲Linux终端界面
 
很显然编译器没有找到sub.h目录所以中止了编译
 输入gcc -o test main.c sub.c -v可以在终端查看不同符号修饰头文件名时编译器会搜寻的目录
 
 

 ▲Linux终端界面
 
使用-I选项可以拓宽<>修饰符所指定的寻找范围，比如输入$ gcc -o test main.c sub.c -I ./ -v，就会发现<>修饰符所指定的寻找范围中多了当前目录。
 
 

 ▲Linux终端界面
 
 

 ▲GCC常用选项
 
关于GCC常用选项-L和-l的使用：
 在链接库时需要先制作库：库分为动态库和静态库两种。
 
 
 
动态库、静态库两者的区别：
   静态库在程序编译时会被连接到目标代码中，程序运行时将不再需要该静态库
   动态库在程序编译时并不会被连接到目标代码中，而是在程序运行是才被载入，因此在程序运行时还需要动态库存在
 
 
1、制作、使用静态库：
 gcc -c -o main.o main.c
 gcc -c -o sub.o sub.c
 ar crs libsub.a sub.o (可以使用多个.o 生成静态库) <-制作静态库
 gcc -o test main.o libsub.a (如果.a 不在当前目录下，需要指定它的绝对或相对路径) <-使用静态库
 2、制作、使用动态库：
 gcc -c -o main.o main.c
 gcc -c -o sub.o sub.c
 gcc -shared -o libsub.so sub.o (可以使用多个.o 生成动态库) <-制作动态库
 gcc -o test2 main.o libsub.so 或 gcc -o test2 main.o -L ./ -lsub <-使用动态库(其中-l后输入链接哪一个库文件即库文件的文件名sub而非动态库名称libsub.so)
 为什么要指定库文件目录和库文件？：当使用文件名寻找动态库时系统会从LIBRARY_PATH中寻找故需要指定库文件目录和库文件来拓展LIBRARY_PATH范围
 在运行链接了动态库的文件时不能使用./ 文件名，而要使用export LD LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:./指定动态库的位置再运行，这一操作同链接时指定位置是同样道理。
 
 

 ▲Linux终端界面
 
 
 
一些很有用的选项：
 gcc -E main.c // 查看预处理结果，比如头文件是哪个
 gcc -E -dM main.c > 1.txt // 把所有的宏展开，存在 1.txt 里
 gcc -Wp,-MD,abc.dep -c -o main.o main.c // 生成依赖文件 abc.dep，后面 Makefile 会用
 echo 'main(){}'| gcc -E -v - // 它会列出头文件目录、库目录(LIBRARY_PATH)
 
 
3、Makefile 
3.2、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。
 1、它的内部机制是什么？
 2、它怎么组织管理程序？
 3、怎么决定编译哪一个文件？
 
 
有这么几个文件：
 a.c
 
#include 

int main()
{
	func_b();
	return 0;
}
 
b.c
 
#include 

void func_b()
{
	printf("This is Bn");
}

 
① 为什么需要 Makefile：高效地编译程序，修改源文件或头文件，只需要重新编译牵涉到的文件，就可以重新生成 APP。
 ② Makefile 的规则：
 
 
 
目标(target)… : 依赖(prerequiries)…
  命令(command)
 如果“依赖文件”比“目标文件”更加新，那么执行“命令”来重新生成“目标文件”。
 命令被执行的 2 个条件：依赖文件比目标文件新，或是 目标文件还没生成。
 
 
如果想实现：
 gcc -c -o a.o a.c
 gcc -c -o b.o b.c
 gcc -o test a.o b.o
 的高效编译，就需要在Makefile里这么写：
 
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
 
按照规则中所描述的流程运行使用make命令会出现如下效果：
 
 

 ▲Linux终端界面
 
3.3、Makefile的语法 
①、通配符
 
 
 
%.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
 
 
使用通配符可以简化规则。比如我们对上节程序进行修改代码如下：
 
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
 

 
 
test: a.o b.o 
	gcc -o test $^ 
%.o : %.c
	gcc -c -o $@ $<
 
增加一个c.c:
 c.c
 
#include 

void func_c()
{
	printf("This is Cn");
}
 
修改Makefile：
 
test: a.o b.o c.o
	gcc -o test $^ 
%.o : %.c
	gcc -c -o $@ $<
 
运行有以下结果：
 
 

 ▲Linux终端界面
 
 
②、假想目标: .PHONY
 如果想清楚可执行文件可以在Makefile结尾加上如下代码：
 
clean:
        rm *.o test
 
此时可以使用make clean指令来删除已经生成的可执行文件。
 
 

 ▲可执行文件的编译和删除
 
需要指出的是：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。
 
但是仅仅这么做存在一个问题：
 如果目录下存在一个名为clean的文件则会出现如下现象：
 
 

 ▲Linux终端界面
 
为什么？
 
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象目标，用关键字PHONY
 在Makefile中插入以下代码：
 
.PHONY: clean
 
重新执行make clean操作就会执行相应的删除操做。
 
 
③变量
 Makefile中有两种变量类型：
 （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
 （2）延时变量
 B = xxx # B的值使用到时才确定
 
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(附加后变量在输出类似于字符串拼接)
 
如果在一个Makefile文件中有以下代码
 
A := $(C)
B = $(C)
C = abc

D = 100ask
D ?= weidongshan

all:
        @echo A = $(A)
        @echo B = $(B)
        @echo D = $(D)
C += 123

 
按照上述语法规则，执行文件可以得到以下结果：
 
 

 ▲Linux终端界面
 
3.4、Makefile函数 
几个常用的Makefile函数：
 
$(foreach var,list,text)#对list中的每个var执行text公式
$(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
$(wildcard pattern) # pattern定义了文件名的格式, wildcard取出其中存在的文件。
$(patsubst pattern,replacement,$(var)) #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：
 
A = a b c
B = $(foreach f, $(A), $(f).o) #给A中的每一个变量添加.o后缀

C = a b c d/

D = $(filter %/, $(C)) #返回C中满足%/的变量
E = $(filter-out %/, $(C)) #返回除C中满足%/的变量的所有变量

files = $(wildcard *.c) #返回目录下满足*.c条件的所有文件名

files2 = a.c b.c c.c d.c e.c  abc
files3 = $(wildcard $(files2)) #返回目录下满足和file2变量中含有相同字符串文件的文件名

dep_files = $(patsubst %.c,%.d,$(files2)) #从files2变量中取出符合%.c格式的值
										  #将其替换成%.d格式

all:
        @echo B = $(B)
        @echo D = $(D)
        @echo E = $(E)
        @echo files = $(files)
        @echo files3 = $(files3)
        @echo dep_files = $(dep_files)

 
执行Makefile得到如下结果：
 
 

 ▲Linux终端界面