GCC源码分析（一）——介绍与安装

上半年一直在做有关GCC和LD的项目，到现在还没做完。最近几天编程的那台电脑坏了，所以趁此间隙写一点相关的分析和经验之类的跟大家共享。

一、GCC的作用和运行机制

GCC是Linux下重要的编译工具，用法这里就不说了，满大街都找得到。这里我重点介绍GCC的运作机制，作为代码分析的铺垫。全篇使用C语言子部件来作分析，因为我对其他语言的编译没有研究。

根据编译原理，语言的编译分为这么几个步骤：词法分析、语法分析、语义分析、中间语言生成、优化、目标代码生成等。然而从编译器使用的角度来看，要把源代码翻译为可执行文件要经过编译和连接两步，与此对应，一个完整的编译系统一定包含编译器和连接器两大功能部件。编译器要完成编译原理中提到的那些任务；连接器要把编译器生成的代码片段拼接成一个完整的可执行程序。之所以需要连接器，是因为一般的程序都是多源文件的，而编译器一次只编译一个源文件（称之为翻译单元translation unit），因此需要连接器把所有翻译单元对应的输出合并成一个可执行文件。

如果一切顺利，可执行程序就可以正确的生成出来。但是一旦源代码存在某些问题，错误就会被报告出来。编译器报告的错误一般都是局部错误，它会指明错误在哪个文件第几行；连接器报告的错误一般都是全局错误，而且绝大多数都是多胳膊少腿的问题，比如函数重定义，无法解决的外部符号等，这些错误无法定位到某一行。

GCC就是这里的编译器。准确来说，GCC是一个编译驱动器，驱动cc1、as和ld三个部件完成编译、汇编和连接的工作。cc1将C语言源文件编译为汇编文件（.s）。而将汇编代码转换为二进制指令的工作由AS完成，生成大家都很熟悉的对象文件（.o）；生成的这些对象文件再由AR程序打包成静态库（.a），或者由LD程序连接成可执行程序（elf、.so或其他格式）。而LD就是所谓的连接器。AS、AR、LD是属于另外一个叫做binutils的软件包的程序，所以要让GCC能够有效运作起来，除了在系统中安装GCC外，还要安装binutils才行。

以下是cc1、as、ld各司其责的配合完成一个编译过程。

gcc test.c -S -o test.S
as test.S -o test.o
ld test.o -o test

通常所用的“gcc -c”就相当于“gcc -S” + as，而对于编译单个源文件一步到位生成可执行“gcc test.c -o test”相当于上面三个步骤的组合，中间文件被放置在临时目录下。从这一点看来，GCC除去编译的功能外，更像是个driver，它可以驱动as和ld完成整个的编译，特别是gcc也接受对象文件（.o）和静态库（.a）作为参数用于生成可执行程序，其实背后就是调用的LD，还可以用“-Wl,”选项给LD传递自定义参数。所以在大多数软件的Makefile里，你很难找到AS和LD的字眼，gcc已经给你包办了。

GCC源代码里包含的主要就是cc1这部分（还包括一些其他的辅助工具，比如collect2等）。

二、GCC的安装

要学习和修改GCC源码，首先第一步是在自己的机器上用GCC源代码编译出一个选定版本的GCC（这里以gcc-4.5.2.tar.bz2为例，源码可以从http://gcc.gnu.org去下载）。除此之外，GCC依赖于gmp、mpfr、mpc三个库，如果你机器上没有，或者版本太老以至于无法支持新的GCC，那么你还得去把这三个库下载下来。

一般来说，下载GCC是从GNU的FTP镜像网站去下载，gcc的代码包一般放置在/release/gcc-x.y目录下，而那三个依赖库一般放置在/infrastructure/目录下。

1、把依赖库和GCC解包

tar -vjxf gmp-4.3.2.tar.bz2 -C /usr/src/
tar -vjxf mpfr-2.4.2.tar.bz2 -C /usr/src/
tar -vxf mpc-0.8.1.tar.gz -C /usr/src/
tar -vjxf gcc-4.5.2.tar.bz2 -C /usr/src/

2、到自己的home目录下编译依赖库

cd ~
mkdir gmp-build
cd gmp-build
/usr/src/gmp-4.3.2/configure --prefix=/usr/local/gmp-4.3.2 #指定安装位置
make
make check
make install

cd ~
mkdir mpfr-build
cd mpfr-build
/usr/src/mpfr-2.4.2/configure --prefix=/usr/local/mpfr-2.4.2 --with-gmp=/usr/local/gmp-4.3.2
make
make check
make install

cd ~
mkdir mpc-build
cd mpfr-build
/usr/src/mpc-0.8.1/configure --prefix=/usr/local/mpc-0.8.1 --with-mpfr=/usr/local/mpfr-2.4.2 --with-gmp=/usr/local/gmp-4.3.2
make
make check
make install

3、编译GCC

cd ~
mkdir gcc-build
cd gcc-build
/usr/src/gcc-4.5.2/configure --prefix=/usr/local/gcc-4.5.2 --with-mpc=/usr/local/mpc-0.8.1 --with-mpfr=/usr/local/mpfr-2.4.2 --with-gmp=/usr/local/gmp-4.3.2 --enable-languages=c,c++
make
make install

漫长等待过后GCC就被安装到/usr/local/gcc-4.5.2目录下了，然后ln -s /usr/local/gcc-4.5.2/bin/gcc /usr/local/bin/gcc，最后gcc -v看看，版本号是不是换了？