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【0基础嵌入式学习日志】Day04：GCC 编译流程、.o 目标文件与 Makefile 分步编译

一、前言

今天继续进行嵌入式 C 语言基础学习。前几天已经完成了 C 工程目录搭建、结构体、故障码、函数封装、结构体指针、多文件拆分以及 Makefile 多源文件编译。

Day03 中，工程已经从单个main.c拆分成了多个.h和.c文件：

system.h / system.c sensor.h / sensor.c fault.h / fault.c main.c

但是 Day03 的 Makefile 仍然是一次性把多个.c文件直接编译成最终可执行程序：

gcc src/main.c src/system.c src/sensor.c src/fault.c-Wall-Wextra-Iinclude-obuild/day03_test

这种写法可以运行，但不够接近真实 C 工程的编译过程。因此，Day04 的重点是学习 GCC 的分步编译流程：

.c 源文件 → .o 目标文件 → 可执行程序

也就是先将每个.c文件分别编译成.o目标文件，然后再把多个.o文件链接成最终程序。

二、Day04 学习目标

本次 Day04 主要学习以下内容：

1. 理解.c、.h、.o和可执行文件之间的关系；
2. 理解 GCC 编译过程中“编译”和“链接”的区别；
3. 学会使用gcc -c生成.o目标文件；
4. 学会使用多个.o文件链接生成最终可执行程序；
5. 学会使用 Makefile 管理分步编译流程；
6. 理解make clean、make、make run的作用；
7. 进一步熟悉嵌入式 C 工程的编译组织方式。

三、Day04 工程结构

Day04 工程是在 Day03 的基础上复制并修改得到的，工程结构如下：

day04 ├── Makefile ├── include │ ├── fault_code.h │ ├── fault.h │ ├── sensor.h │ ├── system.h │ └── system_type.h ├── src │ ├── fault.c │ ├── main.c │ ├── sensor.c │ └── system.c └── build ├── fault.o ├── main.o ├── sensor.o ├── system.o └── day04_test

其中：

• include：存放头文件；
• src：存放源文件；
• build：存放编译生成的中间文件和最终程序；
• Makefile：管理编译、运行和清理命令。

需要注意的是，build目录下的.o文件和day04_test是本地编译生成的产物，一般不会上传到 GitHub，因为它们可以由源码重新生成。

四、.c、.h、.o 和可执行文件的关系

在 C 工程中，常见文件类型有以下几种。

1..c源文件

.c文件是源代码文件，用来写函数的具体实现。

例如：

src/main.c src/system.c src/sensor.c src/fault.c

这些文件是真正写功能逻辑的地方。

2..h头文件

.h文件是头文件，通常用于放：

宏定义 结构体定义 函数声明

例如：

include/system_type.h include/fault_code.h include/system.h include/sensor.h include/fault.h

头文件的作用是让不同.c文件之间能够共享类型、宏定义和函数声明。

3..o目标文件

.o文件是目标文件，是.c文件经过 GCC 编译后生成的中间结果。

例如：

src/main.c → build/main.o src/system.c → build/system.o src/sensor.c → build/sensor.o src/fault.c → build/fault.o

.o文件不能直接运行，但是它已经是源代码编译后的结果。

4. 可执行文件

多个.o文件最终需要链接成一个可执行程序：

build/main.o build/system.o build/sensor.o build/fault.o ↓ build/day04_test

最终生成的day04_test才可以运行。

五、GCC 编译流程理解

Day04 的核心流程可以概括为：

第一步：每个 .c 文件分别编译成 .o 文件 第二步：多个 .o 文件链接成最终可执行程序

对应关系如下：

src/main.c → build/main.o src/system.c → build/system.o src/sensor.c → build/sensor.o src/fault.c → build/fault.o

然后：

build/main.o + build/system.o + build/sensor.o + build/fault.o → build/day04_test

这个流程比 Day03 更接近真实 C 工程的编译方式。

六、为什么要生成 .o 文件？

在小工程中，可以直接一次性编译多个.c文件：

gcc src/main.c src/system.c src/sensor.c src/fault.c-Wall-Wextra-Iinclude-obuild/day03_test

但是在真实嵌入式工程中，源文件可能很多，例如：

main.c uart.c can.c i2c.c spi.c adc.c motor.c sensor.c fault.c system.c

如果每次修改一个文件都重新编译所有.c文件，效率会比较低。

使用.o文件后，可以将每个.c文件先单独编译成目标文件。这样以后如果只修改了某一个.c文件，理论上只需要重新编译对应的.o文件，再重新链接即可。

这就是大型 C 工程和嵌入式工程常用的编译方式。

七、Day04 Makefile 内容

Day04 的Makefile内容如下：

CC = gcc CFLAGS = -Wall -Wextra -Iinclude TARGET = build/day04_test OBJS = build/main.o build/system.o build/sensor.o build/fault.o all: $(TARGET) $(TARGET): $(OBJS) $(CC) $(OBJS) -o $(TARGET) build/main.o: src/main.c $(CC) $(CFLAGS) -c src/main.c -o build/main.o build/system.o: src/system.c $(CC) $(CFLAGS) -c src/system.c -o build/system.o build/sensor.o: src/sensor.c $(CC) $(CFLAGS) -c src/sensor.c -o build/sensor.o build/fault.o: src/fault.c $(CC) $(CFLAGS) -c src/fault.c -o build/fault.o run: $(TARGET) ./$(TARGET) clean: rm -f build/*.o $(TARGET)

需要注意，Makefile 中命令行前面必须使用Tab 键，不能使用普通空格。例如：

$(CC) $(OBJS) -o $(TARGET)

这一行前面必须是 Tab。

八、Makefile 逐句理解

1. 指定编译器

CC = gcc

CC表示 C Compiler，也就是 C 语言编译器。

后面使用：

$(CC)

就等价于：

gcc

2. 指定编译参数

CFLAGS = -Wall -Wextra -Iinclude

其中：

• -Wall：开启常见警告；
• -Wextra：开启更多警告；
• -Iinclude：告诉 GCC 到include目录下查找头文件。

因为代码中使用了：

#include"system.h"#include"sensor.h"#include"fault.h"

这些头文件都在include目录中，所以需要加上：

-Iinclude

3. 指定最终可执行文件

TARGET = build/day04_test

这表示最终生成的程序是：

build/day04_test

运行时可以使用：

./build/day04_test

4. 指定目标文件列表

OBJS = build/main.o build/system.o build/sensor.o build/fault.o

OBJS表示 object files，也就是目标文件列表。

这里的意思是：

最终程序需要 main.o、system.o、sensor.o 和 fault.o

5. 默认目标 all

all: $(TARGET)

当在终端输入：

make

默认执行第一个目标，也就是all。

这句的意思是：

执行 make 时，需要生成 $(TARGET)

而$(TARGET)对应：

build/day04_test

6. 生成最终程序

$(TARGET): $(OBJS) $(CC) $(OBJS) -o $(TARGET)

展开后等价于：

build/day04_test: build/main.o build/system.o build/sensor.o build/fault.o gcc build/main.o build/system.o build/sensor.o build/fault.o -o build/day04_test

这表示：

要生成 day04_test，必须先有 main.o、system.o、sensor.o 和 fault.o

然后通过 GCC 把多个.o文件链接成最终可执行程序。

7. 编译 main.c

build/main.o: src/main.c $(CC) $(CFLAGS) -c src/main.c -o build/main.o

这表示：

src/main.c → build/main.o

展开后等价于：

gcc-Wall-Wextra-Iinclude-csrc/main.c-obuild/main.o

其中-c表示：

只编译，不链接

所以这一步只生成main.o，不会生成最终程序。

8. 编译 system.c

build/system.o: src/system.c $(CC) $(CFLAGS) -c src/system.c -o build/system.o

这表示：

src/system.c → build/system.o

9. 编译 sensor.c

build/sensor.o: src/sensor.c $(CC) $(CFLAGS) -c src/sensor.c -o build/sensor.o

这表示：

src/sensor.c → build/sensor.o

10. 编译 fault.c

build/fault.o: src/fault.c $(CC) $(CFLAGS) -c src/fault.c -o build/fault.o

这表示：

src/fault.c → build/fault.o

11. 运行程序

run: $(TARGET) ./$(TARGET)

这表示执行：

makerun

时，会运行：

./build/day04_test

12. 清理编译产物

clean: rm -f build/*.o $(TARGET)

这表示执行：

makeclean

时，会删除：

build/*.o build/day04_test

其中：

• rm表示删除；
• -f表示强制删除，不提示；
• build/*.o表示build目录下所有.o文件。

九、编译与运行过程

进入 Day04 工程目录：

cd/root/Embedded_14Days/day04

清理旧编译产物：

makeclean

执行编译：

make

查看build目录：

lsbuild

可以看到：

day04_test fault.o main.o sensor.o system.o

这说明.o目标文件和最终可执行程序都已经成功生成。

运行程序：

makerun

运行结果如下：

LED state:0Voltage:9.50V Current:2.50A temperature:72.00C Fault code: 0x0007 Fault: Low voltage Fault: Over current Fault: Over temperature

程序成功完成了传感器数据更新、故障检测和系统状态打印。

十、Day03 和 Day04 的区别

Day03 的编译方式是：

多个 .c 文件 → 直接生成可执行程序

对应命令类似：

gcc src/main.c src/system.c src/sensor.c src/fault.c-Wall-Wextra-Iinclude-obuild/day03_test

Day04 的编译方式是：

多个 .c 文件 → 多个 .o 文件 → 可执行程序

也就是：

src/main.c → build/main.o src/system.c → build/system.o src/sensor.c → build/sensor.o src/fault.c → build/fault.o build/main.o + build/system.o + build/sensor.o + build/fault.o → build/day04_test

相比 Day03，Day04 更接近真实工程中的编译方式。

十一、遇到的问题和解决方法

1. Makefile 命令前面必须使用 Tab

Makefile 对格式非常敏感，规则下面的命令行前面必须使用 Tab 键。

例如：

all: $(TARGET) $(TARGET): $(OBJS) $(CC) $(OBJS) -o $(TARGET)

如果使用普通空格，可能会出现：

missing separator

因此，在写 Makefile 时要特别注意缩进格式。

2. build 目录下的文件不上传 GitHub

本地编译后，build目录下会生成：

main.o system.o sensor.o fault.o day04_test

这些文件属于编译产物，不是源码。通常不需要上传到 GitHub。

因为只要源码和 Makefile 存在，就可以重新执行：

make

再次生成这些文件。

3. GitHub push 可能受网络影响

上传 GitHub 时，如果出现类似：

Failed to connect to github.com port443

一般是 WSL 网络连接 GitHub 不稳定，不是代码问题。

只要本地已经成功执行：

gitcommit

说明代码已经保存到本地 Git 版本库。网络恢复后重新执行：

gitpush

即可。

十二、今日总结

通过 Day04 的学习，主要掌握了以下内容：

1. 理解了.c、.h、.o和可执行文件之间的关系；
2. 学会了使用gcc -c将.c文件编译成.o目标文件；
3. 理解了-c表示只编译、不链接；
4. 理解了多个.o文件需要链接后才能生成最终可执行程序；
5. 学会了使用 Makefile 管理分步编译流程；
6. 掌握了make clean、make、make run的基本作用；
7. 进一步理解了真实 C 工程中的编译组织方式。

Day04 的核心可以总结为一句话：

.c 源文件先分别编译成 .o 目标文件， 多个 .o 文件再链接成最终可执行程序。

这一步对后续学习嵌入式工程、驱动开发、交叉编译和大型项目构建非常重要。

十三、项目源码

本次 Day04 学习代码已上传至 GitHub：

https://github.com/jdai10590-afk/Embedded-C-Learning-Projects/tree/main/day04