Компилятор GCC. Первая программа на Linux

Что такое GCC

GCC (GNU Compiler Collection) — набор компиляторов, разработанный в рамках проекта GNU. Является стандартным компилятором в большинстве Linux-дистрибутивов.

Установка GCC

Ubuntu/Debian

sudo apt update
sudo apt install build-essential

Пакет build-essential включает: gcc, g++, make, libc-dev

Fedora/RHEL

sudo dnf groupinstall "Development Tools"
# или отдельно
sudo dnf install gcc gcc-c++ make

Arch Linux

sudo pacman -S base-devel
# или отдельно
sudo pacman -S gcc make

openSUSE

sudo zypper install -t pattern devel_basis
# или отдельно
sudo zypper install gcc make

Проверка установки:

gcc --version
which gcc

Первая программа

hello.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/utsname.h>

int main(void) {
    printf("Hello, Linux!\n");

    // Информация о компиляторе
    printf("GCC version: %d.%d.%d\n",
           __GNUC__, __GNUC_MINOR__, __GNUC_PATCHLEVEL__);

    // Информация о системе
    struct utsname system_info;
    if (uname(&system_info) == 0) {
        printf("System: %s %s\n",
               system_info.sysname, system_info.release);
    }

    return 0;
}

Компиляция и запуск

Базовая компиляция

gcc hello.c -o hello
./hello

Этапы компиляции

# 1. Препроцессинг
gcc -E hello.c -o hello.i

# 2. Компиляция в ассемблер
gcc -S hello.c -o hello.s

# 3. Ассемблирование
gcc -c hello.c -o hello.o

# 4. Линковка
gcc hello.o -o hello

Совет

Используйте флаг -save-temps чтобы сохранить все промежуточные файлы:

gcc -save-temps hello.c -o hello

Основные флаги GCC

Флаг	Описание	Пример
-o	Имя выходного файла	gcc hello.c -o program
-Wall	Основные предупреждения	gcc -Wall hello.c
-Wextra	Дополнительные предупреждения	gcc -Wextra hello.c
-Werror	Предупреждения как ошибки	gcc -Werror hello.c
-g	Отладочная информация	gcc -g hello.c
-O0	Без оптимизации (по умолчанию)	gcc -O0 hello.c
-O2	Оптимизация уровня 2	gcc -O2 hello.c
-O3	Максимальная оптимизация	gcc -O3 hello.c
-std=c11	Стандарт C11	gcc -std=c11 hello.c
-pedantic	Строгое соответствие стандарту	gcc -pedantic hello.c

Makefile для проекта

Makefile

CC = gcc
CFLAGS = -Wall -Wextra -std=c11
TARGET = program
SOURCES = main.c utils.c
OBJECTS = $(SOURCES:.c=.o)

# Основная цель
$(TARGET): $(OBJECTS)
	$(CC) $(OBJECTS) -o $(TARGET)

# Правило для .o файлов
%.o: %.c
	$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

# Отладочная версия
debug: CFLAGS += -g -O0 -DDEBUG
debug: clean $(TARGET)

# Релизная версия
release: CFLAGS += -O2 -DNDEBUG
release: clean $(TARGET)

# Запуск программы
run: $(TARGET)
	./$(TARGET)

# Очистка
clean:
	rm -f $(OBJECTS) $(TARGET)

# Полная очистка
distclean: clean
	rm -f *.i *.s

.PHONY: clean distclean run debug release

Использование:

# Обычная сборка
make

# Отладочная версия
make debug

# Релизная версия
make release

# Запуск
make run

# Очистка
make clean

Работа с библиотеками

Математическая библиотека

math_example.c

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void) {
    double x = 2.0;

    printf("sqrt(%.1f) = %.4f\n", x, sqrt(x));
    printf("sin(%.1f) = %.4f\n", x, sin(x));
    printf("log(%.1f) = %.4f\n", x, log(x));

    return 0;
}

Компиляция с библиотекой:

gcc math_example.c -o math_example -lm

Создание статической библиотеки

mylib.c

#include "mylib.h"

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int multiply(int a, int b) {
    return a * b;
}

mylib.h

#ifndef MYLIB_H
#define MYLIB_H

int add(int a, int b);
int multiply(int a, int b);

#endif

Создание библиотеки:

# Компиляция в объектный файл
gcc -c mylib.c -o mylib.o

# Создание статической библиотеки
ar rcs libmylib.a mylib.o

# Использование библиотеки
gcc main.c -L. -lmylib -o program

Создание динамической библиотеки

# Компиляция с PIC (Position Independent Code)
gcc -fPIC -c mylib.c -o mylib.o

# Создание .so файла
gcc -shared mylib.o -o libmylib.so

# Использование
gcc main.c -L. -lmylib -o program

# Запуск (нужно указать путь к библиотеке)
LD_LIBRARY_PATH=. ./program

Отладка с GDB

Компиляция для отладки

gcc -g -O0 program.c -o program

Основные команды GDB

# Запуск отладчика
gdb ./program

# Команды в GDB:
break main          # Точка останова на main
break file.c:10     # Точка останова на строке 10
run                 # Запуск программы
next               # Следующая строка
step               # Шаг с заходом в функции
print variable     # Вывод значения переменной
continue           # Продолжить выполнение
quit               # Выход

Подсказка

Используйте gdb -tui program для текстового интерфейса с отображением кода

Профилирование с gprof

# Компиляция с профилированием
gcc -pg program.c -o program

# Запуск программы (создаст gmon.out)
./program

# Анализ результатов
gprof program gmon.out > analysis.txt

Проверка утечек памяти с Valgrind

memory_test.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    int *arr = malloc(10 * sizeof(int));

    // Используем память
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        arr[i] = i * i;
    }

    // Забыли освободить - утечка!
    // free(arr);

    return 0;
}

Проверка:

gcc -g memory_test.c -o memory_test
valgrind --leak-check=full ./memory_test

Оптимизация кода

Флаги оптимизации

Флаг	Описание	Когда использовать
-O0	Без оптимизации	Отладка
-O1	Базовая оптимизация	Быстрая компиляция
-O2	Рекомендуемая	Продакшн
-O3	Агрессивная	Критичная производительность
-Os	Оптимизация размера	Встраиваемые системы
-Ofast	Максимальная скорость	Нарушает стандарты

Пример влияния оптимизации

optimize_test.c

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main(void) {
    clock_t start = clock();

    long long sum = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000000; i++) {
        sum += i;
    }

    clock_t end = clock();
    double cpu_time = ((double)(end - start)) / CLOCKS_PER_SEC;

    printf("Sum: %lld\n", sum);
    printf("Time: %.3f seconds\n", cpu_time);

    return 0;
}

Сравнение:

gcc -O0 optimize_test.c -o test_O0 && time ./test_O0
gcc -O2 optimize_test.c -o test_O2 && time ./test_O2
gcc -O3 optimize_test.c -o test_O3 && time ./test_O3

Кросс-компиляция

# Установка тулчейна для ARM
sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabihf

# Компиляция для ARM
arm-linux-gnueabihf-gcc hello.c -o hello_arm

# Проверка типа файла
file hello_arm

Полезные команды и утилиты

Команда	Описание
gcc --version	Версия компилятора
gcc -v	Подробная информация о компиляции
gcc -dumpmachine	Целевая архитектура
gcc -dumpspecs	Спецификации компилятора
ldd program	Зависимости программы
nm program	Символы в программе
objdump -d program	Дизассемблер
size program	Размер секций
strip program	Удаление символов
strace ./program	Трассировка системных вызовов

Дополнительные материалы

• GCC Documentation - Официальная документация
• GNU Make Manual - Руководство по Make
• GDB Documentation - Документация отладчика
• Valgrind Manual - Руководство по Valgrind