GCC编译/连接/优化等选项

1. GCC编译/连接/优化等选项

• 1. GCC编译/连接/优化等选项
  • 1.1. 简介
  • 1.2. 常用选项
    • 1.2.1. -c -E -S -o
    • 1.2.2. -L<path> -l<library>
    • 1.2.3. -D<macro>
    • 1.2.4. -I<path>
  • 1.3. 代码生成和优化
    • 1.3.1. -std=<standard>
    • 1.3.2. -shared
    • 1.3.3. -fPIC
    • 1.3.4. -static
    • 1.3.5. -O0 -O1 -O2 -O3 -Os
    • 1.3.6. -ffunction-sections 和 -fdata-sections
  • 1.4. 调试与警告选项
    • 1.4.1. -g -ggdb
    • 1.4.2. -Wall -Werror -Wextra
    • 1.4.3. -Wno-pointer-sign
    • 1.4.4. -fno-strict-aliasing -fstrict-aliasing
  • 1.5. 安全与连接选项
    • 1.5.1. -z noexecstack -z relro -z now
    • 1.5.2. -Wl,option
    • 1.5.3. -Wl,--strip-all,--gc-sections,--as-needed
    • 1.5.4. -Wl,--verbose,-soname,<name>
    • 1.5.5. -Wl,-T,<script>,-Ttext,<address>,-Tdata,<address>
  • 1.6. 高级选项
    • 1.6.1. -pedantic
    • 1.6.2. -fsanitize=<type>
    • 1.6.3. -rpath <path>

1.1. 简介

GCC 编译流程分为四个阶段：预处理、编译、汇编、链接，这里讲解gcc用到的一些参数

• GCC 原生选项：直接由 GCC 处理，如：

  • -o（输出文件名）
  • -lm（链接数学库 libm）
  • -Wall（启用警告）
  • -O2（优化级别）

• 链接器专属选项：需通过 -Wl, 传递给链接器（如 ld），如：

  • –gc-sections（移除未使用的节）
  • -soname（设置共享库运行时名称）
  • -T（使用自定义链接脚本）

1.2. 常用选项

1.2.1. -c -E -S -o

-E 仅进行预处理，输出预处理后的代码。
gcc -E source.c -o source.i

-c 只进行编译，不进行链接，生成目标文件（.o）
gcc -c source.c # 生成 source.o

-S 生成汇编代码（.s）。
gcc -S source.c # 生成 source.s

-o 指定输出文件的名称
gcc source.c -o program

1.2.2. -L<path> -l<library>

-l 链接指定的库（如-lm链接数学库）。
-L 指定库文件的搜索路径。
gcc source.c -L/path/to/lib -lmylib

1.2.3. -D<macro>

定义宏（等价于在代码中使用#define）。

1.2.4. -I<path>

指定头文件的搜索路径。

1.3. 代码生成和优化

1.3.1. -std=<standard>

指定 C/C++ 标准（如-std=c99、-std=c++17）。

1.3.2. -shared

生成共享库（.so）

1.3.3. -fPIC

生成位置无关代码（用于共享库）。

1.3.4. -static

静态链接所有库（生成独立可执行文件）。
gcc -static source.c

1.3.5. -O0 -O1 -O2 -O3 -Os

选项	优化目标	编译时间	代码体积	运行性能	典型场景
-O0	无优化（调试）	最快	最大	最慢	开发调试
-O1	平衡性能与时间	较快	较小	一般	日常开发的 release 版本
-O2	优化性能	较长	中等	快	生产环境默认
-O3	最高性能	最长	最大	最快	高性能计算
-Os	最小代码体积	较长	最小	接近	- O2 嵌入式系统、固件

1.3.6. -ffunction-sections 和 -fdata-sections

-ffunction-sections：将每个函数放在独立的 ELF 节（section）中。
-fdata-sections：将每个全局变量放在独立的节中。
目的：配合链接器选项 -Wl,--gc-sections（垃圾回收），在最终二进制文件中移除未使用的函数和变量，减小文件体积。

1.4. 调试与警告选项

1.4.1. -g -ggdb

-g 生成调试信息，用于 GDB 调试。
-ggdb 生成更详细的 GDB 调试信息。

一般配合 -O0 使用, 优化选项（如 -O2）可能会改变代码结构，导致调试信息与实际执行不匹配。

选项	调试信息格式	适用调试器	文件大小	调试体验
-g	标准 DWARF	通用	较小	基本调试
-ggdb	GDB 扩展	GDB 专用	较大	高级调试

1.4.2. -Wall -Werror -Wextra

-Wall 启用常见的编译警告（如未使用的变量、隐式转换等）。
-Werror 将所有警告视为错误，强制修复警告。
-Wextra 启用额外的警告（如未初始化的变量、冗余代码等）。一般用的比较少

1.4.3. -Wno-pointer-sign

-Wno-pointer-sign 是 GCC 编译器的一个警告选项，用于禁用关于指针符号不匹配的警告
禁用警告：通过 -Wno-pointer-sign 可以关闭这类警告，避免编译时产生干扰信息。
相反选项：对应的启用警告选项是 -Wpointer-sign，但通常通过 -Wall 或 -Wextra 自动启用。

1.4.4. -fno-strict-aliasing -fstrict-aliasing

-fstrict-aliasing（默认启用）：严格遵循别名规则，进行激进优化。
-fno-strict-aliasing：禁用规则，允许不同类型指针别名，可能导致显著的性能损失。

• 禁用 GCC 的严格别名规则优化，允许不同类型指针指向同一块内存。
• 禁用优化会降低性能，建议优先修改代码以符合严格别名规则（如使用 union）。
• 适用于遗留代码或依赖类型双关（type punning）的场景（如底层硬件访问）。

int a = 1;
float* f = (float*)&a;  // 违反规则
*f = 3.14f;
printf("%d\n", a);  // 可能输出 1（而非预期的修改后的值）

解决方案：

• 使用 union 实现类型双关，确保类型兼容。
• 使用字符指针转换
• 使用 memcpy

1.5. 安全与连接选项

1.5.1. -z noexecstack -z relro -z now

• -z noexecstack
  • 现代操作系统（如 Linux）支持内存区域的 NX 位（No-eXecute），通过该选项将栈标记为不可执行。
  • 若攻击者尝试在栈上执行恶意代码，会触发内存访问异常。
  • 某些动态链接库（如使用 setjmp/longjmp 的库）可能需要可执行栈，此时需谨慎使用。
  • 现代 Linux 发行版默认启用 NX 保护，但通过 -z execstack 可禁用（不推荐）。
• -z relro （Relocation Read-Only）
  • 功能：启用只读重定位（Relocation Read-Only）。
  • 防御机制：将全局偏移表（GOT，Global Offset Table）和动态符号表标记为只读，防止攻击者修改这些表中的函数地址。
• -z now
  • 功能：强制链接器立即绑定所有符号（而非延迟绑定）。
  • 防御机制：减少动态加载时的符号表修改机会，增强 RELRO 的安全性。

1.5.2. -Wl,option

-Wl,option 是 GCC 编译器用于将参数传递给链接器（如 ld）的语法。通过 , 分隔多个选项，例如 -Wl,–gc-sections,-Map=output.map

gcc source.c -Wl,-o,program.out       # -o 选项，指定输出文件名，等价于 gcc source.c -o program.out
gcc source.c -Wl,-e,my_entry_point    # -e 选项，指定入口点，代替 main 函数，等价于 gcc source.c -emy_entry_point
gcc source.c -Wl,-L,/path/to/lib      # -L 选项，指定库搜索路径，等价与 gcc source.c -L/path/to/lib
gcc source.c -Wl,-l,m                 # -l 选项，等价与 gcc source.c -lm，建议直接使用 -lm，语法更简洁。

• 选项类别 必须使用 -Wl, 的典型选项
  • 代码优化 --gc-sections, --as-needed
  • 内存布局 -T, -Ttext, -Tdata
  • 共享库 -soname, --version-script
  • 安全增强 -z noexecstack, -z relro, -z now
  • 调试 --verbose, --cref

1.5.3. -Wl,--strip-all,--gc-sections,--as-needed

gcc source.c -Wl,--strip-all,--gc-sections,--as-needed
gcc source.c -Wl,--wrap,malloc  # 使用 __wrap_malloc 替代 malloc

• --gc-sections 移除未使用的代码和数据段（需配合 -ffunction-sections 和 -fdata-sections）。
  • 用于移除可执行文件中未使用的代码和数据段（sections），从而减小二进制文件体积。
  • 若某个节被标记为 USED（如通过 attribute((used))），则不会被回收。
  • 启用 GC 会增加链接时间（需分析所有符号），但通常对运行时性能无影响。
  • 若二进制体积不是关键因素，可关闭此选项以加快编译。
  • -O2 会自动启用一些内联优化，但无法替代 --gc-sections 的全局代码删除能力。
  • 验证：使用 size 命令对比文件大小
• --strip-all 或 --strip-debug 移除符号表和调试信息。
• --as-needed 仅链接真正使用的共享库（减少依赖）。
• --wrap <symbol> 允许替换标准库函数（用于测试或钩子）。

1.5.4. -Wl,--verbose,-soname,<name>

gcc source.c -Wl,--verbose,-soname,libmylib.so.1

--verbose 输出链接过程的详细信息。
-soname <name> 设置共享库的运行时名称（用于版本控制）。

1.5.5. -Wl,-T,<script>,-Ttext,<address>,-Tdata,<address>

gcc source.c -Wl,-T,memory_layout.ld
gcc source.c -Wl,-Ttext,0x10000
gcc source.c -Wl,-Tdata,0x20000

-T <script> 使用自定义链接脚本（用于嵌入式系统或特殊内存布局）。
-Ttext <address> 指定代码段（.text）的加载地址。
-Tdata <address> 指定数据段（.data）的加载地址。

1.6. 高级选项

1.6.1. -pedantic

严格遵循语言标准，拒绝非标准特性。

1.6.2. -fsanitize=<type>

启用运行时检查（如内存泄漏、未定义行为）。

1.6.3. -rpath <path>

设置运行时库搜索路径（替代 LD_LIBRARY_PATH）。

gcc source.c -Wl,-rpath,/path/to/lib