gcc 在编译时如何去寻找所需要的头文件

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原文的连接地址为： http://www.study-area.org/cyril/opentools/opentools/book1.html 里面的文字是繁体的，我把它转换成简体了。

标头档 函式库与gcc
标头定义档.h
当我们给

$ gcc -o foo.o foo.c

gcc怎么知道去哪里找foo.c里面所include的header文件,连结数据库与系统定义呢? 总共有下列来源指定gcc去那找。

当初在编译时指定的(在~gcc/gcc/collect2.c:locatelib()

写在specs内的

后来用-D -I -L指定的

gcc环境变量设定(编译的时候)

ld.so的环境变量(这是run time的时候)

在

prefix/lib/gcc-lib/xxxx-xxx-xxx-gnulibc/2.9.5/

里面有个很重要的specs这个档案 gcc根据这个档，做一些内定的动作。 通常系统上的specs内定装起来是在

/usr/lib/gcc-lib/xxxx-gnulibc/version/

specs档看起来是像这样

*asm: %{v:-V} %{Qy:} %{!Qn:-Qy} %{n} %{T} %{Ym,*} %{Yd,*} %{Wa,*:%*} *asm_final: %| *cpp: %(cpp_cpu) %{fPIC:-D__PIC__ -D__pic__} %{fpic:-D__PIC__ -D__pic__} %{posix: -D_POSIX_SOURCE} %{pthread:-D_REENTRANT} *cc1: %(cc1_cpu) %{profile:-p} *cc1plus: *endfile: %{!shared:crtend.o%s} %{shared:crtendS.o%s} crtn.o%s *link: -m elf_i386 %{shared:-shared} %{!shared: %{!ibcs: %{!static: %{rdynamic:-export-dynamic} %{!dynamic-linker:-dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2}} %{static:-static}}} *lib: %{shared: -lc --version-script libgcc.map%s} %{!shared: %{mieee-fp:-lieee} %{pthread:-lpthread} %{profile:-lc_p} %{!profile: -lc}} *libgcc: -lgcc *startfile: %{!shared: %{pg:gcrt1.o%s} %{!pg:%{p:gcrt1.o%s} %{!p:%{profile:gcrt1.o%s} %{!profile:crt1.o%s}}}} crti.o%s %{!shared:crtbegin.o%s} %{shared:crtbeginS.o%s} *switches_need_spaces: *signed_char: %{funsigned-char:-D__CHAR_UNSIGNED__} *predefines: -D__ELF__ -Dunix -Di386 -D__i386__ -Dlinux -Asystem(posix) *cross_compile: 0 *version: egcs-2.91.66 *multilib: . ; *multilib_defaults: *multilib_extra: *multilib_matches: *linker: collect2 *cpp_cpu_default: -D__tune_i386__ *cpp_cpu: -Asystem(unix) -Acpu(i386) -Amachine(i386) %{!ansi:-Di386} -D__i386 -D__i386__ %{march=i486:-D__i486 -D__i486__} %{march=pentium|march=i586:-D__pentium -D__pentium__ } %{march=pentiumpro|march=i686:-D__pentiumpro -D__pentiumpro__ } %{m386|mcpu=i386:-D__tune_i386__ } %{m486|mcpu=i486:-D__tune_i486__ } %{mpentium|mcpu=pentium|mcpu=i586:-D__tune_pentium__ } %{mpentiumpro|mcpu=pentiumpro|mcpu=i686:-D__tune_pentiumpro__ } %{!mcpu*:%{!m386:%{!m486:%{!mpentium*:%(cpp_cpu_default)}}}} *cc1_cpu: %{!mcpu*: %{m386:-mcpu=i386} %{mno-486:-mcpu=i386 -march=i386} %{m486:-mcpu=i486} %{mno-386:-mcpu=i486 -march=i486} %{mno-pentium:-mcpu=i486 -march=i486} %{mpentium:-mcpu=pentium} %{mno-pentiumpro:-mcpu=pentium} %{mpentiumpro:-mcpu=pentiumpro}}

在shell下用这行，-E 表示只做到preprocess就好

$ echo 'main(){}' | gcc -E -v -

你会看到gcc去读specs檔

Reading specs from /usr/lib/gcc-lib/i386-linux/2.95.2/specs gcc version 2.95.2 20000220 (Debian GNU/Linux) /usr/lib/gcc-lib/i386-linux/2.95.2/cpp -lang-c -v -D__GNUC__=2 -D__GNUC_MINOR__=95 -D__ELF__ -Dunix -D__i386__ -Dlinux -D__ELF__ -D__unix__ -D__i386__ -D__linux__ -D__unix -D__linux -Asystem(posix) -Acpu(i386) -Amachine(i386) -Di386 -D__i386 -D__i386__ - GNU CPP version 2.95.2 20000220 (Debian GNU/Linux) (i386 Linux/ELF) #include "..." search starts here: #include <...> search starts here: /usr/local/include /usr/lib/gcc-lib/i386-linux/2.95.2/include /usr/include End of search list. The following default directories have been omitted from the search path: /usr/lib/gcc-lib/i386-linux/2.95.2/../../../../include/g++-3 /usr/lib/gcc-lib/i386-linux/2.95.2/../../../../i386-linux/include End of omitted list. # 1 "" main(){}

所以有内定的定义，(就是用在#if defined #ifndef #define这些东西， 如果有定义这个字符串，就去编译等等。) -Dxxxx -Dxxxx -Axxxx。 还有内定的include文件的搜寻路径

/usr/include /usr/local/include /usr/lib/gcc-lib/i386-linux/2.95.2/include /usr/lib/gcc-lib/i386-linux/2.95.2/../../../../include/g++-3 /usr/lib/gcc-lib/i386-linux/2.95.2/../../../../i386-linux/include

但是如果装gcc的时候，是有给定的prefix的话，那么就是

/usr/include prefix/include prefix/xxx-xxx-xxx-gnulibc/include prefix/lib/gcc-lib/xxxx-xxx-xxx-gnulibc/2.8.1/include

所以header file的搜寻会从-I开始然后找gcc的环境变量 C_INCLUDE_PATH,CPLUS_INCLUDE_PATH,OBJC_INCLUDE_PATH 再找上述的内定目录
函式库
当我们用到数学函式cos()，cos这个symbol，gcc并不晓它到底是什么东西， 是变量，是函式，要预留多少空间给他等等，完全没有任何讯息，你必须标头 檔要#include <math.h>，gcc才知道。而且因为specs这个档里面只有要 link -lc也就是只有libc.so这个档内的symbol会被搜寻， 像printf scanf等都在这里面，可是像cos()等就没有了， 所以函式库的选项要多加 -lm ，这时ld才会来找libm这个函式库，
编译的时候，gcc会去找-L，再找gcc的环境变量LIBRARY_PATH，再找内定目录 /lib /usr/lib /usr/local/lib 这是当初compile gcc时写在程序内的， gcc环境变量与pass给ld的机制在~gcc/gcc/collect2.c下找得到。 这上面只是搜寻路径而已，如果要不加-lm 也能正确的主动搜寻某个特定的lib，例如libm， 就要去在specs这个档案改一下，把math这个函式库加进自动联结函式库 之一。就不用写-lm了。
RUN TIME的时候， 如果编译时没有指定-static这个选项，其实可执行文件并不是真的可执行， 它必须在执行(run time)时需要ld.so来做最后的连结动作，建造一个可执行的 image丢到内存。如果是静态连结，编译时ld会去找libm.a的檔 。如果是动态连结去找libm.so。 所以每次有新改版程序， 或新加动态函式库如果不在原本的/etc/ld.so.conf搜寻路径中，都要把路径 加进来，然后用

ldconfig -v

会重建cache并且显示它所参照的函式库。Run Time时ld.so才找得到lib"执行"。 ld与ld.so不一样喔。
一些重要的程序

ld :Link Editor 连结各obj写进一个可执行档(executable)。 ldd :秀出一个执行文件用了那些动态函式库。 ld.so :Dynamic Linker, 动态连结的话，是由ld.so完成执行时期symbol的 :参照与连结。 ld-linux.so :ELF文件的动态连结，跟ld.so一样。只是ld.so是给a.out format的。 :新的glicb2的ld-linux.so.2已经跟ld.so.2结合成单一程序了。 ldconfig :根据/etc/ld.so.conf内的目录，做出动态连结所需的cache檔。

ld 就是负责各个函式库文件的信息写进最后可执行档(executable)，所以它叫做 link editor，编译时根据flags -L搜寻需要的lib，gcc也会把他的设定pass下来。 ld.so ld-linux.so.2是负责最后动态连结，叫做dynamic linker， RUN Time 执行程序时,它根据这个顺序搜寻函式库。

LD_LIBRARY_PATH 或LD_AOUT_LIBRARY_PATH环境变量所指的路径

ldconfig所建立的cache

/lib /usr/lib内的档

来找程序所需要的动态函式库
ldconfig会根据/etc/ld.so.conf这个档的设定，加上内定的两个目录 /lib /usr/lib来设定ld.so要用到所需要的连结 以及连结的cache到/etc/ld.so.cache。 所以如果换了新的函式库，新的kernel，内部的标头档可能会有变化， 都要跟着改变让gcc正确的找到，喔不，应该是cpp, ld, ld.so能正确的找到。 不然编出来的执行档可能是错误的，执行时还可能segmentation fault。