Autor sekcije: Vedran Miletić

Prevođenje C, C++ i Fortran programa u izvršni kod

GNU Compiler Collection (GCC) je najkorišteniji otvoreni skup program-prevoditelja.

  • inicijalno je podržavao samo C, pa je GCC bila kratica za GNU C Compiler
  • podržava jezike: C (gcc), C++ (g++), Objective-C (gobjc), Objective-C++ (gobjc++), Fortran (gfortran), Java (gcj), Ada (gnat) i Go (gccgo)

Clang i LLVM čine alternativu GCC-u.

  • razvoj je započeo na University of Illinois at Urbana-Champaign, danas ga dobrim dijelom sponzorira Apple
  • Clang podržava C, Objective-C (clang), C++ i Objective-C++ (clang++), a LLVM ima dodatke koji podržavaju i druge programske jezike

Zadatak

  • Napišite u emacs-u "hello world" C++ program s pozdravom po vašem izboru i spremite ga kao prog.cpp.
  • Iskoristite g++ ili clang++ za prevođenje u izvršni kod. Pokrenite rezultirajući program.
  • Razmotrite rezultat s hexdump-om. Pronađite način da ga ispišete u kanonskom obliku.

Dodatni zadatak

  • Prema uputama Wikibooksove knjige o Fortranu složite program s istim pozdravom kao u prethodnom zadatku i spremite ga kao prog.f. Pripazite da imate uvlaku od 6 znakova u svakom retku.
  • Iskoristite gfortran za prevođenje u izvršni kod. Pokrenite rezultirajući program.
  • Razmotrite rezultat s hexdump-om i usporedite ga s programom iz prethodnog zadatka.

Izrada biblioteka i povezivanje

Biblioteka (engl. library) je kolekcija resursa (funkcija, klasa, konstanti, ...) koju programi mogu koristiti. Biblioteke omogućuju višestruko iskorištenje koda.

Biblioteke se razlikuju od uobičajenih programa po tome što nemaju funkciju main(). Primjerice, od dvije datoteke bibl1.cpp sadržaja

void set_value1 (int *num)
{
  *num = 10;
}

i bibl2.cpp sadržaja

void set_value2 (int *num)
{
  *num = 20;
}

datoteka zaglavlja bibl.h je oblika

void set_value1 (int *num);
void set_value2 (int *num);

dok datoteka programa mainprog.cpp koji koristi te dvije funkcije može biti oblika

#include <iostream>
#include "bibl.h"

int main ()
{
  int a, b;
  set_value1 (&a);
  set_value2 (&b);
  std::cout << "a=" << a << " b=" << b << std::endl;
  return 0;
}

Povezivanje (engl. linking) podrazumijeva povezivanje s bibliotečnim datotekam.

  • statičko povezivanje (engl. static linking) u izvršnu datoteku uključuje sve potrebne dijelove bibliotečnih datoteka
  • dinamičko povezivanje (engl. dynamic linking) u izvršnu datoteku stavlja samo poveznice na bibliotečne datoteke

Statičko povezivanje u gornjem primjeru izveli bi na način:

g++ -c bibl1.cpp bibl2.cpp
ar rcs libbibl.a bibl1.o bibl2.o
g++ -static mainprog.cpp -L. -lbibl -o mainprog
./mainprog

Program ar je arhiver, donekle sličan tar-u koji već poznajemo. On ovdje služi za stvaranje statičke biblioteke, datoteke s ekstenzijom .a.

Parametar -L kod g++-a navodi dodatnu putanju u kojoj treba tražiti biblioteke (pored predefiniranih na sustavu), a parametar -l navodi se jednom ili više puta zajedno s imenom biblioteke na koju je potrebno povezati program.

Zadatak

Modificirajte gornji primjer tako da biblioteka uključuje i datoteku bibl3.cpp sa dvjema funkcijama po vašem izboru čije se deklaracije navode u datoteci zaglavlja i koje se pozivaju u mainprog.cpp. Izvedite prevođenje programa sa statičkim povezivanjem.

Dinamičko povezivanje u datotekama primjera izveli bi na način:

g++ -fPIC -c bibl1.cpp bibl2.cpp
g++ -shared -Wl,-soname,libbibl.so.1 -o libbibl.so.1.0 bibl1.o bibl2.o
ln -sf libbibl.so.1.0 libbibl.so
ln -sf libbibl.so.1.0 libbibl.so.1
gcc -L. mainprog.cpp -lbibl -o mainprog
export LD_LIBRARY_PATH=.
./mainprog

Parametar -fPIC osigurava da je strojni kod koji GCC stvara prevođenjem neovisan o o položaju u memoriji, što omogućava dijeljenje istog od većeg broja programa.

Biblioteka u primjeru ima verziju 1.0, što se vidi iz njezinog imena. Simboličke poveznice se stvaraju kako bi joj mogli pristupiti i programi koji traže istoimenu biblioteku navođenjem samo verzije 1, te programi koji traže istoimenu biblioteku bez da navode verziju.

Varijabla okoline LD_LIBRARY_PATH navodi dodatne putanje (pored onih predefiniranih na sustavu) u kojima je potrebno tražiti biblioteke.

Zadatak

Modificirajte gornji slučaj da biblioteka uključuje i datoteku bibl3.cpp sa dvjema funkcijama po vašem izboru čije se deklaracije navode u datoteci zaglavlja i koje se pozivaju u mainprog.cpp. Izvedite prevođenje programa s dinamičkim povezivanjem.

Todo

Ovdje treba opisati parametre za GCC koji se odnose na linkanje, alate ldd i readelf, a primjer može biti s Boost bibliotekama filesystem i datetime.

Zadatak

Usporedite međusobno dva programa i dvije biblioteke stvorene u prethodna dva zadatka.

  • Razmotrite veličinu datoteke i objasnite uzrok razlikama koje vidite.
  • Usporedite izlaz naredbe file.

Alat make

Alat make "automatski" izgrađuje izvršne programe i bibliotečne datoteke iz izvornog koda.

  • može raditi pomoću instrukcija zadanih u datoteci Makefile
  • može raditi na temelju predefiniranih ciljeva na temelju imena datoteka, u slučaju da se Makefile ne koristi
  • postoje dvije inačice koje nisu 100% kompatibilne: BSD Make i GNU Make

Zadatak

  • Prevedite prethodno napisani program uz pomoć make-a. Koju naredbu make pokreće? Koji parametar čini da je ime izvršne datoteke isto kao ime datoteke izvornog koda bez ekstenzije?
  • Objasnite što se dogodi kada ponovno pokušate napraviti prevođenje. Koji je razlog tome?
  • Što bi se dogodilo da preimenujete datoteku koja sadrži program u datoteku s ekstenzijom .c?

make cilj (engl. target) je imenovani niz naredbi koje su potrebne za izgradnju određene ciljne datoteke (najčešće neke vrste izvršne datoteke)

  • navedeni u Makefile datoteci, naziv Makefile ili GNUmakefile
  • brojni primjeri Makefile datoteka mogu se pronaći na Wikipedijinoj stranici i drugdje

Makefile se sastoji od jednog ili više ciljeva, koji mogu imati druge ciljeve kao svoje komponente.

target [target ...]: [component ...]
  [command 1]
      .
      .
      .
  [command n]

Zadatak

Napišite jednostavan Makefile za prethodno napisani hello world program, koji sadrži:

  • cilj doc koji u datoteku README sprema tekst Ovo je dokumentacija mojeg hello world programa,
  • cilj compile koji prevodi program u izvršni kod,
  • cilj static-compile koji prevodi program u izvršni kod i pritom koristi statičko povezivanje,
  • cilj pack koji radi arhivu koja sadrži izvršni kod i README datoteku. Obavezno iskoristite komponente.

Makefile varijable slične su varijablama ljuske; primjer:

  • zadavanje NAME = mojprogram, pozivanje sa $(NAME)
  • zadavanje VERSION = 3.2, pozivanje sa $(VERSION)
  • nazivaju se i makroi, zbog mogućnosti ekspanzije: WHATSNEW_FILE_NAME = NEWS-$(VERSION)

Zadatak

Modificirajte prethodno napisani Makefile, tako da se

  • izvršna datoteka programa generira s imenom oblika ime-verzija,
  • arhiva generira s imenom oblika ime-verzija.tar.bz2.