2.2.5　编译freestanding的交叉编译器

正如我们前面讨论的，因为编译器和C库之间循环依赖的问题，我们需要找到一个办法解决这个鸡和蛋的问题。幸运的是，C编译器提供了一个freestanding的实现，即一个不依赖C库的编译器。那么如何编译一个freestanding的编译器呢？

GCC提供了一个编译选项—with-newlib。这是一个让人困惑的C库参数，因为newlib本身就是一套C库的实现，所以容易让人误解为工具链中使用的C库是newlib，而不是其他的C库。事实上，在构建交叉编译器时，其有着特殊的意义，文件configure.ac中的注释解释得很清楚。

注释中说明，在构建交叉编译器且尚未安装C库头文件的情况下，需要定义变量inhibit_libc。一旦定义了该变量，将去掉libgcc库中对C库的一切依赖，转而使用GCC内部的实现。如下面的代码片段：

我们看到，如果没有定义inhibit_libc，则libgcc库中可能会包含link.h，而这恰恰是glibc提供的头文件。

换句话说，我们可以通过将变量inhibit_libc赋值为true，告诉GCC编译为freestanding实现。但是，遗憾的是，GCC并没有暴露一个直观的配置选项供配置时设置这个变量，相反需要通过另外相关的变量来控制变量inhibit_libc的值。

再次回顾文件gcc-4.7.2/gcc/configure.ac中的关于定义inhibit_libc的条件语句部分，if中的条件如下：

1）如果是交叉编译且未设置—with-sysroot，或者设置了—with-newlib。

2）没有设置—with-headers。

对于条件1），因为我们使用了sysroot的方式，所以要满足第一个条件，就需要设置—with-newlib。对于条件2），因为我们没有指定头文件，所以自然成立。

看了前面的讨论，相信读者就比较清楚—with-newlib的意义了，使用—with-newlib并不是强行指定GCC使用newlib实现的C库。我们无从考究参数—with-newlib的出处，但是因为newlib的初衷就是作为freestanding环境中的C库，或许这个参数的名称来源于此。

下面，我们开始编译用于freestanding环境的gcc编译器，首先解开源码包：

GCC依赖包括浮点计算、复数计算的几个数学库GMP、MPFR和MPC。可以先单独编译这些库，然后通过GCC的配置选项如—with-mpc、—with-mpfr、—with-gmp告知GCC这几个库的位置。也可以将这几个库的源码解压到GCC的源码目录下，在编译时，GCC会自动探测并编译。这里我们采用后者；

GCC要求在单独的目录编译，因此我们创建编译目录gcc-build，配置如下：

下面介绍各个配置参数的意义。

❑—prefix=$CROSS_GCC_TMP：freestanding的GCC与最终的hosted的GCC还是有些差别的，这里的freestanding的GCC只是一个临时的GCC，并不会用作最终的交叉编译器。所以，为了避免污染最后的工具链，这里将freestanding的GCC安装在一个临时的目录$CROSS_GCC_TMP中。

❑—target=$TARGET：与在Binutils中指定参数—target同样的道理，告诉编译脚本构建的预处理器、编译器等是运行在本机上的，但是最后编译的程序或库是运行在目标体系结构$TARGET上的，即构建交叉编译器。

❑—with-sysroot=$SYSROOT：配置参数—with-sysroot告诉GCC目标系统的根文件系统存放在$SYSROOT目录下，编译时到$SYSROOT目录下查找目标系统的头文件以及库。

❑—enable-languages=c：编译C库只需要C编译器，所以这个临时的freestanding编译器只支持C编译器。而且像C++编译器，即使想编译也是有心无力，因为其依赖目标系统的C库，所以目前也没有条件进行编译。

❑—disable-shared：除了编译器外，软件包GCC中也包含有一个运行时库libgcc。该库主要包括一些目标处理器不支持的数学运算、异常处理，以及一些小的比较复杂的便利函数。在默认情况下，会既编译libgcc的静态库版本，也编译动态库版本。但是动态库与静态库不同，加载器在加载动态库后需要进行一些初始化，比如初始化变量，而这些相关的代码是在C库的启动文件中实现的，包括crt1.o、crti.o等，因此，编译libgcc的动态版本时将会链接启动文件。但是此时目标机器的C库尚未编译，链接将发生类似“找不到crt1.o文件”的错误。因此，这里通过配置选项—disable-shared告诉编译脚本不要编译libgcc的动态库，仅编译静态库。

❑—with-mpfr-include和—with-mpfr-lib：对于MPFR这个库，其目录结构与GCC的默认设定有一些差异，因此我们需要明确指定，否则编译时会报找不到libmpfr的错误。这就是配置时指定配置选项—with-mpfr-include和—with-mpfr-lib的原因。

另外我们还通过形如—disable-xxx这样的参数禁止了一些库的编译，也关闭了编译器的一些特性，因为目前这个freestanding的交叉编译器根本不需要这些特性，我们只需要一个基本的能够将C库中的代码翻译为目标机器的指令这样一个基本的编译器即可。而且，最重要的是，某些库和特性中可能会依赖C库，因此，临时的freestanding编译器不支持不必要的特性，也不编译不必要的库。

编译完成后，使用如下命令进行安装：

在使用—disable-shared禁止编译libgcc的动态库后，GCC的编译脚本将不再编译库libgcc_eh.a。但是后面编译Glibc时，Glibc将链接libgcc_eh.a，Glibc的Thread cancellation使用了GCC中的异常处理部分的实现，这里eh就是exception handling的缩写。我们可以直接修改Glibc中的Makeconfig文件，或者通过建一个指向libgcc.a的符号链接libgcc_eh.a来解决这个问题。因为libgcc.a中包含libgcc_eh.a所包含的全部内容。我们采用后者来解决这个问题。