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Vamos a hacer una "pequeña" entrega de un tutorial de C++, que ya prometimos hace algún tiempo, no vamos a reinventar la rueda. Quien quiera aprenderlo, bienvenido, creo que el conocimiento por saber cómo se programan/desarrollan las cosas son fundamentales para comprender su funcionamiento, muchos Administradores de Sistemas, como alguno de nuestros editores previamente han sido programadores, y eso ayuda a "adivinar" cual será la salida, incluso antes de ejecutarse.

También es fundamental hacerlo desde la línea de comandos, por lo que por supuesto, lo haremos sólo en Linux, y utilizaremos el compilador gcc, así, lo primero que debemos estudiar y comprender es cómo funciona el compilador gcc, para poder posteriormente desarrollar las cosas y poder compilarlo.

El compilador GCC

Sintaxis.
Ejemplos.
Sufijos en nombres de archivo.
Opciones.
Etapas de compilación.
1. Preprocesado.
2. Compilación.
3. Ensamblado.
4. Enlazado.
Todo en un solo paso
Enlace dinámico y estático.
Resumen.
Información adicional.

GCC es un compilador integrado del proyecto GNU para C, C++, Objective C y Fortran; es capaz de recibir un programa fuente en cualquiera de estos lenguajes y generar un programa ejecutable binario en el lenguaje de la máquina donde ha de correr.
La sigla GCC significa "GNU Compiler Collection". Originalmente significaba "GNU C Compiler"; todavía se usa  GCC para designar una compilación en C. G++ refiere a una compilación en C++.

Sintaxis.

  gcc [ opción | archivo ] ...
  g++ [ opción | archivo ] ...

Las opciones van precedidas de un guión, como es habitual en UNIX, pero las opciones en sí pueden tener varias letras; no pueden agruparse varias opciones tras un mismo guión. Algunas opciones requieren después un nombre de archivo o directorio, otras no. Finalmente, pueden darse varios  nombres de archivo a incluir en el proceso de compilación.

Ejemplos.

  (a)

gcc hola.c

(a) Compila el programa en C hola.c, genera un archivo ejecutable a.out.

  (b)

gcc -o hola hola.c

(b) Compila el programa en C hola.c, genera un archivo ejecutable hola.

  (c)

g++ -o hola hola.cpp

(c) Compila el programa en C++ hola.c, gener un archivo ejecutable hola.

  (d)

gcc -c hola.c

(d) No genera el ejecutable, sino el código objeto, en el archivo hola.o. Si no s indica un nombre para el archivo objeto, usa el nombre del archivo en C y le cambia la extensión por .o.

  (e)

gcc -c -o objeto.o hola.c

(e) Genera el código objeto indicando el nombre de archivo.

  g++ -c hola.cpp

Igual para un programa en C++.

  g++ -o ~/bin/hola hola.cpp

Genera el ejecutable hola en el subdirectorio bin del directorio propio del usuario.

  g++ -L/lib -L/usr/lib hola.cpp

Indica dos directorios donde han de buscarse bibliotecas. La opción -L debe repetirse para cada directorio de búsqueda de bibliotecas.

  g++ -I/usr/include hola.cpp

Indica un directorio para buscar archivos de encabezado (de extensión .h).

Sufijos en nombres de archivo.

Son habituales las siguientes extensiones o sufijos de los nombres de archivo:
 

Opciones.

-c

Realiza preprocesamiento y compilación, obteniento el archivo en código objeto; no realiza el enlazado.

-E

Realiza solamente el preprocesamiento, enviando el resultado a la salida estándar.

-o archivo

Idica el nombre del archivo de salida, cualesquiera sean las etapas cumplidas.

-Iruta

Especifica la ruta hacia el directorio donde se encuentran los archivos marcados para incluir en el programa fuente. No lleva espacio entre la I y la ruta, así: -I/usr/include

-L

Especifica la ruta hacia el directorio donde se encuentran los archivos de biblioteca con el código objeto de las funciones referenciadas en el programa fuente.  No lleva espacio entre la L y la ruta, así: -L/usr/lib

-Wall

Muestra todos los mensajes de error y advertencia del compilador, incluso algunos cuestionables pero en definitiva fáciles de evitar escribiendo el código con cuidado.

-g

incluye en el ejecutable generado la información necesaria para poder rastrear los errores usando un depurador, tal como GDB (GNU Debugger).

-v

Muestra los comandos ejecutados en cada etapa de compilación y la versión del compilador. Es un informe muy detallado.

Etapas de compilación.

El proceso de compilación involucra cuatro etapas sucesivas: preprocesamiento, compilación, ensamblado y enlazado. Para pasar de un programa fuente escrito por un humano a un archivo ejecutable es necesario realizar estas cuatro etapas en forma sucesiva. Los comandos gcc y g++ son capaces de realizar todo el proceso de una sola vez.

1. Preprocesado.

En esta etapa se interpretan las directivas al preprocesador. Entre otras cosas, las variables inicializadas con #define son sustituídas en el código por su valor en todos los lugares donde aparece su nombre.

Usaremos como ejemplo este sencillo programa de prueba, circulo.c:

/* Circulo.c: calcula el área de un círculo. 
   Ejemplo para mostrar etapas de compilación. 
*/ 
#define PI 3.1416

main() 
{ 
  float area, radio;

  radio = 10; 
  area = PI * (radio * radio); 
  printf("Circulo. "); 
  printf("%s%f ", "Area de circulo radio 10: ", area);

}

El preprocesado puede pedirse con cualquiera de los siguientes comandos; cpp alude específicamente al preprocesador.

  $ gcc -E circulo.c > circulo.pp
  $ cpp circulo.c > circulo.pp

Examinando circulo.pp

  $ more circulo.pp

puede verse que la variable PI ha sido sustituída por su valor, 3.1416, tal como había sido fijado en la sentencia #define.

2. Compilación.

La compilación transforma el código C en el lenguaje ensamblador propio del procesador de nuestra máquina.

  $ gcc -S circulo.c

Realiza las dos primeras etapas creando el archivo circulo.s;  examinándolo con

  $ more circulo.s

Puede verse el programa en lenguaje ensamblador.

3. Ensamblado.

El ensamblado transforma el programa escrito en lenguaje ensamblador a código objeto, un archivo binario en lenguaje de máquina ejecutable por el procesador.

El ensamblador se denomina as:

  $ as -o circulo.o circulo.s

crea el archivo en código objeto circulo.o a partir del archivo en lenguaje ensamblador circulo.s. No es frecuente realizar sólo el ensamblado; lo usual es realizar todas las etapas anteriores hasta obtener el código objeto así:

  $ gcc -c circulo.c

donde se crea el archivo circulo.o a partir de circulo.c. Puede verificarse el tipo de archivo usando el comando

 $ file circulo.o

  circulo.o: ELF 32-bit LSB relocatable, Intel 80386, version 1, not stripped

En los programas extensos, donde se escriben muchos archivos fuente en código C, es muy frecuente usar gcc o g++ con la opción -c para compilar cada archivo fuente por separado, y luego enlazar todos los módulos objeto creados. Estas operaciones se automatizan colocándolas en un archivo llamado makefile, interpretable por el comando make, quien se ocupa de realizar las actualizaciones mínimas necesarias toda vez que se modifica alguna porción de código en cualquiera de los archivos fuente.

4. Enlazado

Las funciones de C/C++ incluídas en nuestro código, tal como printf() en el ejemplo, se encuentran ya compiladas y ensambladas en bibliotecas existentes en el sistema. Es preciso incorporar de algún modo el código binario de estas funciones a nuestro ejecutable. En esto consiste la etapa de enlace, donde se reúnen uno o más módulos en código objeto con el código existente en las bibliotecas.

El enlazador se denomina ld. El comando para enlazar

  $ ld -o circulo circulo.o -lc

  ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 08048184

Da este error por falta de referencias. Es necesario escribir algo como

  $ ld -o circulo /usr/lib/gcc-lib/i386-linux/2.95.2/collect2 -m elf_i386 -dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -o circulo /usr/lib/crt1.o /usr/lib/crti.o /usr/lib/gcc-lib/i386-linux/2.95.2/crtbegin.o -L/usr/lib/gcc-lib/i386-linux/2.95.2 circulo.o -lgcc -lc -lgcc /usr/lib/gcc-lib/i386-linux/2.95.2/crtend.o /usr/lib/crtn.o

para obtener un ejecutable.

El uso directo del enlazador ld es muy poco frecuente. En su lugar suele proveerse a gcc los códigos objeto directamente:

  $ gcc -o circulo circulo.o

crea el ejecutable circulo, que invocado por su nombre

  $ ./circulo
  Circulo.
  Area de circulo radio 10: 314.160004
da el resultado mostrado.

Todo en un solo paso.

En programa con un único archivo fuente todo el proceso anterior puede hacerse en un solo paso:

  $ gcc -o circulo circulo.c

No se crea el archivo circulo.o; el código objeto intermedio se crea y destruye sin verlo el operador, pero el programa ejecutable aparece allí y funciona.

Es instructivo usar la opción -v de gcc para obtener un informe detallado de todos los pasos de compilación:
  $ gcc -v -o circulo circulo.c

Enlace y compilación, estática y dinámica.

Existen dos modos de realizar el enlace:

- estático: los binarios de las funciones se incorporan al código binario de nuestro ejecutable.
- dinámico: el código de las funciones permanece en la biblioteca; nuestro ejecutable cargará en memoria la biblioteca y ejecutará la parte de código correspondiente en el momento de correr el programa.

El enlazado dinámico permite crear un ejecutable más pequeño, pero requiere disponible el acceso a las bibliotecas en el momento de correr el programa. El enlazado estático crea un programa autónomo, pero al precio de agrandar el tamaño del ejecutable binario.

Ejemplo de enlazado estático:

  $ gcc -static -o circulo circulo.c
  $ ls -l circulo
  -rwxr-xr-x    1 victor   victor     237321 ago  4 11:24 circulo

Si no se especifica -static el enlazado es dinámico por defecto.

Ejemplo de enlazado dinámico:

  $ gcc -o circulo circulo.c
  $ ls -l circulo
  -rwxr-xr-x    1 victor   victor       4828 ago  4 11:26 circulo

Notar la diferencia en tamaño del ejecutable compilado estática o dinámicamente. Los valores pueden diferir en algo de los mostrados; dependen de la plataforma y la versión del compilador.

El comando ldd muestra las dependencias de bibliotecas compartidas que tiene un ejecutable:

$ gcc -o circulo circulo.c
$ ldd circulo
        libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40017000)
        /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)

$ gcc -static -o circulo circulo.c
$ ldd circulo
        statically linked (ELF)

La compilación estática no muestra ninguna dependencia de biblioteca.

Resumen.

Para producir un ejecutable con fuente de un solo archivo:

  $ gcc -o circulo circulo.c

Para crear un módulo objeto, con el mismo nombre del fuente y extensión .o:

  $ gcc -c circulo.c

Para enlazar un módulos objeto:

  $ gcc -o circulo circulo.o

Para enlazar los módulos objeto verde.o, azul.o, rojo.o, ya compilados separadamente, en el archivo ejecutable colores:

  $ gcc -o colores verde.o azul.o rojo.o

Información adicional.

Sobre GCC: man gcc info gcc     página info de GCC, más completa y actualizada que la página man.
Sobre el depurador: man gdb info gdb

Fuente.

Capítulos Anteriores:

1. Tutorial de C++, entrega Nº 1
2. Tutorial de C++, entrega Nº 2
   
3. Tutorial de C++, entrega Nº 3
4. Tutorial de C++, entrega Nº 4
5. Tutorial de C++, entrega Nº 5