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嵌入式linux/鸿蒙开发板(IMX6ULL）开发（十）gcc编译器的使用（上)

2022-12-11 392
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简介： 嵌入式linux/鸿蒙开发板(IMX6ULL）开发（十）gcc编译器的使用

1.GCC编译器的使用


源文件需要经过编译才能生成可执行文件。在Windows下进行开发时，只需要点几个按钮即可编译，集成开发环境(比如Visual studio)已经将各种编译工具的使用封装好了。Linux下也有很优秀的集成开发工具，但是更多的时候是直接使用编译工具；即使使用集成开发工具，也需要掌握一些编译选项。

PC机上的编译工具链为gcc、ld、objcopy、objdump等，它们编译出来的程序在x86平台上运行。要编译出能在ARM平台上运行的程序，必须使用交叉编译工具xxx-gcc、xxx-ld等(不同版本的编译器的前缀不一样，比如arm-linux-gcc)，下面分别介绍。


1.1 GCC编译过程


一个C/C++文件要经过预处理(preprocessing)、编译(compilation)、汇编(assembly)和链接(linking)等4步才能变成可执行文件。

1670751393946.jpg

预处理


C/C++源文件中，以“#”开头的命令被称为预处理命令，如包含命令“#include”、宏定义命令“#define”、条件编译命令“#if”、“#ifdef”等。预处理就是将要包含(include)的文件插入原文件中、将宏定义展开、根据条件编译命令选择要使用的代码，最后将这些东西输出到一个“.i”文件中等待进一步处理。


编译


编译就是把C/C++代码(比如上述的“.i”文件)“翻译”成汇编代码，所用到的工具为cc1(它的名字就是cc1，x86有自己的cc1命令，ARM板也有自己的cc1命令)。


汇编


汇编就是将第二步输出的汇编代码翻译成符合一定格式的机器代码，在Linux系统上一般表现为ELF目标文件(OBJ文件)，用到的工具为as。x86有自己的as命令，ARM版也有自己的as命令，也可能是xxxx-as（比如arm-linux-as）。

“反汇编”是指将机器代码转换为汇编代码，这在调试程序时常常用到。


链接


链接就是将上步生成的OBJ文件和系统库的OBJ文件、库文件链接起来，最终生成了可以在特定平台运行的可执行文件，用到的工具为ld或collect2。

通过不同的gcc选项可以控制这些过程：

1670751551971.jpg

在日常交流中通常使用“编译”统称这4个步骤，如果不是特指这4个步骤中的某一个，本文也依惯例使用“编译”这个统称。

编译程序时，加上-v选项就可以看到这几个步骤。比如：

gcc -o hello hello.c -v
book@100ask:~$ gcc -o hello1111 hello1111.c
book@100ask:~$ ./hello1111
Hello World
MAX = 20,MIN = 10,MAX + MIN = 30
book@100ask:~$ gcc -o hello1111 hello1111.c -v //加上.v查看详细编写内容
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/lto-wrapper
OFFLOAD_TARGET_NAMES=nvptx-none
OFFLOAD_TARGET_DEFAULT=1
Target: x86_64-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-7/README.Bugs --enable-languages=c,ada,c++,go,brig,d,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --with-gcc-major-version-only --program-suffix=-7 --program-prefix=x86_64-linux-gnu- --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --libdir=/usr/lib --enable-nls --enable-bootstrap --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --with-default-libstdcxx-abi=new --enable-gnu-unique-object --disable-vtable-verify --enable-libmpx --enable-plugin --enable-default-pie --with-system-zlib --with-target-system-zlib --enable-objc-gc=auto --enable-multiarch --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-abi=m64 --with-multilib-list=m32,m64,mx32 --enable-multilib --with-tune=generic --enable-offload-targets=nvptx-none --without-cuda-driver --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 7.5.0 (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04)
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'hello1111' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/cc1 -quiet -v -imultiarch x86_64-linux-gnu hello1111.c -quiet -dumpbase hello1111.c -mtune=generic -march=x86-64 -auxbase hello1111 -version -fstack-protector-strong -Wformat -Wformat-security -o /tmp/cc9ev81Y.s       //cc1命令让 .c文件变成.s 预处理加编译
GNU C11 (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) version 7.5.0 (x86_64-linux-gnu)
        compiled by GNU C version 7.5.0, GMP version 6.1.2, MPFR version 4.0.1, MPC version 1.1.0, isl version isl-0.19-GMP
GGC heuristics: --param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072
ignoring nonexistent directory "/usr/local/include/x86_64-linux-gnu"
ignoring nonexistent directory "/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../../x86_64-linux-gnu/include"
#include "..." search starts here:
#include <...> search starts here: //查找目录
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include
 /usr/local/include
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include-fixed
 /usr/include/x86_64-linux-gnu
 /usr/include
End of search list.
GNU C11 (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) version 7.5.0 (x86_64-linux-gnu)
        compiled by GNU C version 7.5.0, GMP version 6.1.2, MPFR version 4.0.1, MPC version 1.1.0, isl version isl-0.19-GMP
GGC heuristics: --param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072
Compiler executable checksum: b62ed4a2880cd4159476ea8293b72fa8
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'hello1111' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 as -v --64 -o /tmp/ccydqwKK.o /tmp/cc9ev81Y.s
GNU assembler version 2.30 (x86_64-linux-gnu) using BFD version (GNU Binutils for Ubuntu) 2.30
COMPILER_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/
LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../../lib/:/lib/x86_64-linux-gnu/:/lib/../lib/:/usr/lib/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/../lib/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../:/lib/:/usr/lib/
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'hello1111' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/collect2 -plugin /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/liblto_plugin.so -plugin-opt=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/lto-wrapper -plugin-opt=-fresolution=/tmp/ccScgHvw.res -plugin-opt=-pass-through=-lgcc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_s -plugin-opt=-pass-through=-lc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_s --build-id --eh-frame-hdr -m elf_x86_64 --hash-style=gnu --as-needed -dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 -pie -z now -z relro -o hello1111 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu/Scrt1.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu/crti.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/crtbeginS.o -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7 -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../../lib -L/lib/x86_64-linux-gnu -L/lib/../lib -L/usr/lib/x86_64-linux-gnu -L/usr/lib/../lib -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../.. /tmp/ccydqwKK.o -lgcc --push-state --as-needed -lgcc_s --pop-state -lc -lgcc --push-state --as-needed -lgcc_s --pop-state /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/crtendS.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu/crtn.o   // as 命令直接让.s 变成 .o 汇编  上面有一个collect2命令把一系列的.o转换成app
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'hello1111' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'

1670751590440.jpg

可以看到很多输出结果，我们把其中的主要信息摘出来：

cc1 main.c -o /tmp/ccXCx1YG.s
as         -o /tmp/ccZfdaDo.o /tmp/ccXCx1YG.s
cc1 sub.c -o /tmp/ccXCx1YG.s
as         -o /tmp/ccn8Cjq6.o /tmp/ccXCx1YG.s
collect2 -o test /tmp/ccZfdaDo.o /tmp/ccn8Cjq6.o ....


可以手工执行以下命令体验一下：

gcc -E -o hello.i hello.c//只预处理
gcc -S -o hello.s hello.i//编译--》汇编码
gcc -c -o hello.o hello.s//汇编 不链接
gcc -o hello hello.o//不加任何参数 把各种.o文件链接成一个app文件


日常生活中用编译表示前三个步骤。

如果写入一个错误，是在预处理发现错误还是编译过程中发现错误，这就可以用以上的命令来解决找出问题。


1.2 常用编译选项

1670751639199.jpg

代码在02_options目录下。下面列出源码：

File: main.c
01 #include <stdio.h>
02 #include "sub.h"
03 
04 int main(int argc, char *argv[])
05 {
06        int i;
07        printf("Main fun!\n");
08        sub_fun();
09        return 0;
10 }
11 
File: sub.h
01 void sub_fun(void);
02 
File: sub.c
01 void sub_fun(void)
02 {
03        printf("Sub fun!\n");
04 }
05


图片里面输入了命令：

gcc -o test main.c sub.c


ARM版本的编译工具与gcc、ld等工具的使用方法相似，很多选项是一样的。本节使用gcc、ld等工具进行编译、链接，这样可以在PC上直接看到运行结果。使用上面介绍的选项进行编译，命令如下，相当于下面的命令：

$ gcc  -c  -o  main.o  main.c
$ gcc  -c  -o  sub.o  sub.c
$ gcc  -o  test  main.o  sub.o


其中，main.o、sub.o是经过了预处理、编译、汇编后生成的OBJ文件，它们还没有被链接成可执行文件；最后一步将它们链接成可执行文件test，可以直接运行以下命令：

$ ./test
Main fun!
Sub fun!


book@100ask:~/01_all_series_quickstart/04_嵌入式Linux应用开发基础知识/source/02_options/02_multi_files$ gcc -o test main.c sub.c -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/lto-wrapper
OFFLOAD_TARGET_NAMES=nvptx-none
OFFLOAD_TARGET_DEFAULT=1
Target: x86_64-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-7/README.Bugs --enable-languages=c,ada,c++,go,brig,d,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --with-gcc-major-version-only --program-suffix=-7 --program-prefix=x86_64-linux-gnu- --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --libdir=/usr/lib --enable-nls --enable-bootstrap --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --with-default-libstdcxx-abi=new --enable-gnu-unique-object --disable-vtable-verify --enable-libmpx --enable-plugin --enable-default-pie --with-system-zlib --with-target-system-zlib --enable-objc-gc=auto --enable-multiarch --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-abi=m64 --with-multilib-list=m32,m64,mx32 --enable-multilib --with-tune=generic --enable-offload-targets=nvptx-none --without-cuda-driver --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 7.5.0 (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04)
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'test' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/cc1 -quiet -v -imultiarch x86_64-linux-gnu main.c -quiet -dumpbase main.c -mtune=generic -march=x86-64 -auxbase main -version -fstack-protector-strong -Wformat -Wformat-security -o /tmp/ccEildtV.s  //cc1
GNU C11 (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) version 7.5.0 (x86_64-linux-gnu)
        compiled by GNU C version 7.5.0, GMP version 6.1.2, MPFR version 4.0.1, MPC version 1.1.0, isl version isl-0.19-GMP
GGC heuristics: --param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072
ignoring nonexistent directory "/usr/local/include/x86_64-linux-gnu"
ignoring nonexistent directory "/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../../x86_64-linux-gnu/include"
#include "..." search starts here: //当前目录下
#include <...> search starts here: //指定目录下
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include
 /usr/local/include
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include-fixed
 /usr/include/x86_64-linux-gnu
 /usr/include
End of search list.
GNU C11 (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) version 7.5.0 (x86_64-linux-gnu)
        compiled by GNU C version 7.5.0, GMP version 6.1.2, MPFR version 4.0.1, MPC version 1.1.0, isl version isl-0.19-GMP
GGC heuristics: --param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072
Compiler executable checksum: b62ed4a2880cd4159476ea8293b72fa8
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'test' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 as -v --64 -o /tmp/ccPhTRuN.o /tmp/ccEildtV.s
GNU assembler version 2.30 (x86_64-linux-gnu) using BFD version (GNU Binutils for Ubuntu) 2.30
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'test' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/cc1 -quiet -v -imultiarch x86_64-linux-gnu sub.c -quiet -dumpbase sub.c -mtune=generic -march=x86-64 -auxbase sub -version -fstack-protector-strong -Wformat -Wformat-security -o /tmp/ccEildtV.s  //cc1
GNU C11 (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) version 7.5.0 (x86_64-linux-gnu) 
        compiled by GNU C version 7.5.0, GMP version 6.1.2, MPFR version 4.0.1, MPC version 1.1.0, isl version isl-0.19-GMP
GGC heuristics: --param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072
ignoring nonexistent directory "/usr/local/include/x86_64-linux-gnu"
ignoring nonexistent directory "/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../../x86_64-linux-gnu/include"
#include "..." search starts here: //"..."在当前目录下调用头文件
#include <...> search starts here: //""
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include
 /usr/local/include
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include-fixed
 /usr/include/x86_64-linux-gnu
 /usr/include
End of search list.
GNU C11 (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) version 7.5.0 (x86_64-linux-gnu)
        compiled by GNU C version 7.5.0, GMP version 6.1.2, MPFR version 4.0.1, MPC version 1.1.0, isl version isl-0.19-GMP
GGC heuristics: --param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072
Compiler executable checksum: b62ed4a2880cd4159476ea8293b72fa8
sub.c: In function ‘sub_fun’:
sub.c:3:8: warning: implicit declaration of function ‘printf’ [-Wimplicit-function-declaration]
        printf("Sub fun!\n");
        ^~~~~~
sub.c:3:8: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
sub.c:3:8: note: include ‘<stdio.h>’ or provide a declaration of ‘printf’
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'test' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 as -v --64 -o /tmp/ccMLCBDF.o /tmp/ccEildtV.s //as
GNU assembler version 2.30 (x86_64-linux-gnu) using BFD version (GNU Binutils for Ubuntu) 2.30
COMPILER_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/
LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../../lib/:/lib/x86_64-linux-gnu/:/lib/../lib/:/usr/lib/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/../lib/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../:/lib/:/usr/lib/
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'test' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/collect2 -plugin /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/liblto_plugin.so -plugin-opt=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/lto-wrapper -plugin-opt=-fresolution=/tmp/cciToLNx.res -plugin-opt=-pass-through=-lgcc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_s -plugin-opt=-pass-through=-lc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_s --build-id --eh-frame-hdr -m elf_x86_64 --hash-style=gnu --as-needed -dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 -pie -z now -z relro -o test /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu/Scrt1.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu/crti.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/crtbeginS.o -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7 -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../../lib -L/lib/x86_64-linux-gnu -L/lib/../lib -L/usr/lib/x86_64-linux-gnu -L/usr/lib/../lib -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../.. /tmp/ccPhTRuN.o /tmp/ccMLCBDF.o -lgcc --push-state --as-needed -lgcc_s --pop-state -lc -lgcc --push-state --as-needed -lgcc_s --pop-state /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/crtendS.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/../../../x86_64-linux-gnu/crtn.o //collect2
COLLECT_GCC_OPTIONS='-o' 'test' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'


1670751730923.jpg

在执行gcc -o test main.c sub.c的时候，是main.c执行一遍编译（内含有具体三个步骤），sub.c执行一遍编译。两者链接后成为一个新的test文件。假设此时有1000个文件一起gcc，当有一个文件出现错误修改后，重新编译，这时候又是1000多个文件一起重新编译。这样大大的浪费了资源。想办法将其分开，

$ gcc  -c  -o  main.o  main.c
  $ gcc  -c  -o  sub.o  sub.c
  $ gcc  -o  test  main.o  sub.o


现在了解了-c：预处理，编译，汇编，但是不链接。


-I 指定目录下寻找头文件。


-L：指定链接时库文件的目录


现在试试其他选项，以下命令生成的main.s是main.c的汇编语言文件：

$ gcc  -S  -o  main.s  main.c


以下命令对main.c进行预处理，并将得到的结果打印出来。里面扩展了所有包含的文件、所有定义的宏。在编写程序时，有时候查找某个宏定义是非常繁琐的事，可以使用`-dM –E’选项来查看。命令如下：

$ gcc  -E  main.c


gcc使用示例：

gcc hello.c                   // 输出一个名为a.out的可执行程序，然后可以执行./a.out
gcc -o hello hello.c          // 输出名为hello的可执行程序，然后可以执行./hello
gcc -o hello hello.c -static  // 静态链接
gcc -c -o hello.o hello.c  // 先编译(不链接)
gcc -o hello hello.o       // 再链接


以一个程序为例，它包含三个文件，


我们不需要手工去执行cpp、cc1、collect2等命令，我们直接执行gcc并指定不同的参数就可以了。

可以通过各种选项来控制gcc的动作，下面介绍一些常用的选项。

在学习时，我们暂时只需要了解下表中的选项。


-E 预处理，开发过程中想快速确定某个宏可以使用“-E  -dM”

-c 把预处理、编译、汇编都做了，但是不链接

-o 指定输出文件

-I 指定头文件目录

-L 指定链接时库文件目录

-l 指定链接哪一个库文件


-c

预处理、编译和汇编源文件，但是不作链接，编译器根据源文件生成OBJ文件。缺省情况下，GCC通过用.o'替换源文件名的后缀.c’，.i'，.s’`等，产生OBJ文件名。可以使用-o选项选择其他名字。GCC忽略-c选项后面任何无法识别的输入文件。


-S

编译后即停止，不进行汇编。对于每个输入的非汇编语言文件，输出结果是汇编语言文件。缺省情况下，GCC通过用.s'替换源文件名后缀.c’，`.i’等等，产生汇编文件名。可以使用-o选项选择其他名字。GCC忽略任何不需要汇编的输入文件。


-E

预处理后即停止，不进行编译。预处理后的代码送往标准输出。


-o file

指定输出文件为file。无论是预处理、编译、汇编还是链接，这个选项都可以使用。如果没有使用-o'选项，默认的输出结果是：可执行文件为a.out’；修改输入文件的名称是source.suffix'，则它的OBJ文件是source.o’，汇编文件是 `source.s’，而预处理后的C源代码送往标准输出。


-v

显示制作GCC工具自身时的配置命令；同时显示编译器驱动程序、预处理器、编译器的版本号。


文章标签：
C++
C语言
开发工具
Linux
Windows
编译器
关键词：
Linux gcc
Linux开发
HarmonyOS开发
Linux嵌入式
嵌入式Linux
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