Question

gcc 在编译时如何去寻找所需要的头文件

Answer 1

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档

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 档要#include ，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的档 。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档。

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。