一些GNU C的疑问

问：在C语言程序中使用#include<stdio.h>时，为什么编译器知道文件stdio.h的位置？

答：当在 C 语言程序中使用 #include <stdio.h> 时，编译器会根据预定义的搜索路径来查找头文件 stdio.h，然后再搜索用户自定义的路径。

问：如何查看预定义的搜索路径？

答：可以使用编译器的预处理选项来查看系统默认的包含路径。对于 GCC 编译器，可以使用 -E 选项来进行预处理，并使用 -v 选项查看详细的编译信息，包括默认的包含路径。

在终端中执行以下命令可以查看 GCC 编译器的默认包含路径：

bash

gcc -E -v -xc /dev/null

这个命令会输出 GCC 编译器的详细信息，其中包括搜索路径。搜索路径会以 #include <...> 形式显示在输出中，它们就是系统默认的包含路径。

输出示例：

bash

#include "..." 搜索从这里开始：
#include <...> 搜索从这里开始：
 /usr/local/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/12.1.0/include
 /usr/local/include
 /usr/local/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/12.1.0/include-fixed
 /usr/include
搜索列表结束。

可以看到，以#include "..."引入的头文件，没有搜索路径；以#include <...>引入的头文件，搜索路径如上所示。

其中头文件 stdio.h就位于/usr/include下。常见的stdlib.h，string.h，strings.h，math.h，time.h均在这个目录下。

问：如何自定义编译器的搜索路径？

答：3.16 Options for Directory Search - GCC Docs

可以使用编译器的选项来指定其他搜索路径。例如，对于 GCC 编译器，可以使用 -I 选项来添加自定义的头文件搜索路径。比如：

bash

gcc -I /path/to/custom/includes my_program.c -o my_program

这样就能将 /path/to/custom/includes 添加到头文件搜索路径中，让编译器能够找到你自定义的头文件。注意，如果有多个自定义的头文件路径，可以使用多个-I参数分别指定它们。

示例：

bash

[root@centos-llvm test] % ls
include  my_program.c
[root@centos-llvm test] % ls include/
header.h
[root@centos-llvm test] % cat include/header.h 
#include<stdio.h>

int add(int a, int b){
	return a+b;
}
[root@centos-llvm test] % cat my_program.c 
#include "header.h"

int main(){
	printf("%d
",add(1,2));
}
[root@centos-llvm test] % gcc my_program.c -o my_program.o
my_program.c:1:10: 致命错误：header.h：没有那个文件或目录
    1 | #include "header.h"
      |          ^~~~~~~~~~
编译中断。
[root@centos-llvm test] % gcc -I include my_program.c -o my_program.o
[root@centos-llvm test] % ./my_program.o 
3
[root@centos-llvm test] % exit

问：如何将自定义的路径添加进编译器的默认搜索路径，让我可以通过#include <...>引入自定义的头文件？

答：在Linux系统上，一种常用的方法是将自定义路径添加到环境变量C_INCLUDE_PATH或CPLUS_INCLUDE_PATH中，这取决于使用的是C语言还是C++语言。这两个环境变量指定了GCC编译器的系统包含路径。

具体步骤：

假设你的自定义头文件所在的文件夹路径为/path/to/custom/includes。
如果你使用的是C语言，将自定义路径添加到C_INCLUDE_PATH环境变量：

bash

export C_INCLUDE_PATH=/path/to/custom/includes:$C_INCLUDE_PATH

如果你使用的是C++语言，将自定义路径添加到CPLUS_INCLUDE_PATH环境变量：

bash

export CPLUS_INCLUDE_PATH=/path/to/custom/includes:$CPLUS_INCLUDE_PATH

注意，通过环境变量C_INCLUDE_PATH或CPLUS_INCLUDE_PATH配置搜索路径，会讲其配置的搜索路径加入到编译器预定义的路径的首部：

bash

[root@centos-llvm include]# export C_INCLUDE_PATH=/root/test/include
[root@centos-llvm include]# gcc -E -v -xc /dev/null
...
忽略不存在的目录“/usr/local/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/12.1.0/../../../../x86_64-pc-linux-gnu/include”
#include "..." 搜索从这里开始：
#include <...> 搜索从这里开始：
 /root/test/include
 /usr/local/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/12.1.0/include
 /usr/local/include
 /usr/local/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/12.1.0/include-fixed
 /usr/include

问：编译器搜索头文件的顺序？

答：3.16 Options for Directory Search - GCC Docs

顺序如下：

对于#include "..."引用的头文件，会首先搜索当前文件所在目录。
对于#include "..."引用的头文件，会搜索-iquote指定的路径，如有多个，则按照命令行中从左向右的先后顺序搜索。
-I指定的路径，如有多个，则按照命令行中从左向右的先后顺序搜索。
-isystem指定的路径，如有多个，则按照命令行中从左向右的先后顺序搜索。
编译器预定义的路径。
-idirafter指定的路径，如有多个，则按照命令行中从左向右的先后顺序搜索。

问：在使用gcc编译程序的时候，为什么有的flag与参数之间没有空格？如gcc -I include my_program.c和gcc -Iinclude my_program.c是等价的。

答：在使用gcc编译程序时，有的flag与参数之间没有空格是因为gcc编译器对于某些选项允许紧凑写法，即可以将选项与参数写在一起，也可以使用空格将它们分开。这是为了方便编译命令的书写，使命令更加简洁。

在这种紧凑写法中，不同的选项之间需要使用空格或其他分隔符来分开，以便gcc能够正确解析参数。但对于某些简单的选项，如 -I，在参数之后紧跟着没有其他选项的情况下，可以直接写在一起，而不需要空格分隔。

需要注意的是，虽然紧凑写法使得命令更简洁，但也容易引起歧义或混淆，建议在书写编译命令时保持一致的风格，以提高代码的可读性和可维护性。

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