在没有开启编译优化 时，GCC编译器的目的是：减少编译时间 生成预期的调试结果
在开启编译优化的开关 时，GCC编译器的目的是：优化程序的性能 减少代码的大小
编译器对于程序的优化处理是基于编译期间对程序分析。不是所有的优化都是通过编译选项来控制的 。这里只介绍一些有编译选项的优化列表。在编译选项-O0 -O -Og gcc -Q -O2 --help=optimizers来查看对应的开启优化列表。
1. GCC优化选项 -O/-O1 这两个都是开启level 1的编译优化。开启编译优化会导致更长的编译时间，对于大函数还会消耗更多的内存空间。level1的编译优化下，编译器会尝试减少代码段大小和优化程序的执行时间 ，但不执行需要消耗大量编译时间的优化
由此可见level 1级别的优化，只是有限的优化代码大小和执行时间，不会为了优化，而带来编译时间的巨大变化。Level 1级别的优化下，可以通过gcc -Q -O1 --help=optimizers查看开启的编译开关，下面是本机**gcc version 7.4.0 (ubuntu1~18.04.1)**环境下，O1开启的优化选项：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 -faggressive-loop-optimizations [enabled] -fasynchronous-unwind-tables [enabled] // 将地址的递增和递减与存储器的访问相结合 -fauto-inc-dec [enabled] // 扫描是否有机会在计数寄存器上使用“递减和分支”指令，而不是对寄存器进行递减，然后与0比较，并根据结果进行分支指令的执行。 -fbranch-count-reg [enabled] // 跟踪堆栈的调整(压入和弹出)和栈内存的引用，尝试组合它们 -fcombine-stack-adjustments [enabled] -fcompare-elim [enabled] -fcprop-registers [enabled] -fdce [enabled] -fdefer-pop [enabled] -fdelete-null-pointer-checks [enabled] -fdse [enabled] -fearly-inlining [enabled] -fforward-propagate [enabled] -ffp-int-builtin-inexact [enabled] -ffunction-cse [enabled] -fgcse-lm [enabled] -fguess-branch-probability [enabled] -fif-conversion [enabled] -fif-conversion2 [enabled] // 尝试对所有函数进行内联，在不开启优化时，即fno-inline时，除了用ALWAYS_INLINE属性标记的函数，编译器不会进行任何内联操作。函数可以通过noinline属性来标记不进行内联操作。 -finline [enabled] -finline-atomics [enabled] // 将所有只调用一次的static函数，内联到调用处，即使没有标记为inline，如果该调用函数被内联后，该函数本身不会输出汇编代码 -finline-functions-called-once [enabled] -fipa-profile [enabled] -fipa-pure-const [enabled] -fipa-reference [enabled] -fira-hoist-pressure [enabled] -fira-share-save-slots [enabled] -fira-share-spill-slots [enabled] -fivopts [enabled] -fjump-tables [enabled] -flifetime-dse [enabled] -fmath-errno [enabled] -fmove-loop-invariants [enabled] // 忽略栈帧指针，这是一个很糟糕的优化，会在profiling的时候丢失调用关系链 -fomit-frame-pointer [enabled] -fpeephole [enabled] -fplt [enabled] -fprefetch-loop-arrays [enabled] -fprintf-return-value [enabled] -freg-struct-return [enabled] -frename-registers [enabled] -freorder-blocks [enabled] -frtti [enabled] -fsched-critical-path-heuristic [enabled] -fsched-dep-count-heuristic [enabled] -fsched-group-heuristic [enabled] -fsched-interblock [enabled] -fsched-last-insn-heuristic [enabled] -fsched-rank-heuristic [enabled] -fsched-spec [enabled] -fsched-spec-insn-heuristic [enabled] -fsched-stalled-insns-dep [enabled] -fschedule-fusion [enabled] -fshort-enums [enabled] -fshrink-wrap [enabled] -fshrink-wrap-separate [enabled] -fsigned-zeros [enabled] -fsplit-ivs-in-unroller [enabled] -fsplit-wide-types [enabled] -fssa-backprop [enabled] -fssa-phiopt [enabled] -fstdarg-opt [enabled] -fstrict-volatile-bitfields [enabled] -fno-threadsafe-statics [enabled] -ftrapping-math [enabled] -ftree-bit-ccp [enabled] -ftree-builtin-call-dce [enabled] -ftree-ccp [enabled] -ftree-ch [enabled] -ftree-coalesce-vars [enabled] -ftree-copy-prop [enabled] -ftree-cselim [enabled] -ftree-dce [enabled] -ftree-dominator-opts [enabled] -ftree-dse [enabled] -ftree-forwprop [enabled] -ftree-fre [enabled] -ftree-loop-if-convert [enabled] -ftree-loop-im [enabled] -ftree-loop-ivcanon [enabled] -ftree-loop-optimize [enabled] -ftree-phiprop [enabled] -ftree-pta [enabled] -ftree-reassoc [enabled] -ftree-scev-cprop [enabled] -ftree-sink [enabled] -ftree-slsr [enabled] -ftree-sra [enabled] -ftree-ter [enabled] -funwind-tables [enabled] -fvar-tracking [enabled] -fvar-tracking-assignments [enabled] -fweb [enabled]
-O2 相比于-O1，-O2打开了更多的编译优化开关。level2级别的优化选项相对于-O，牺牲了更多编译时间，但提高了程序的性能
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 -falign-labels [enabled] -fcaller-saves [enabled] -fcode-hoisting [enabled] -fcrossjumping [enabled] -fcse-follow-jumps [enabled] -fdevirtualize [enabled] -fdevirtualize-speculatively [enabled] -fexpensive-optimizations [enabled] -fgcse [enabled] -fhoist-adjacent-loads [enabled] // 尝试对间接调用进行内联，编译器会根据最外层的内联来决定是否会进行内部的间接内联，此选项生效的前提是-finline-functions或-finline-small-functions选项的开启 -findirect-inlining [enabled] // 将小函数内联到调用处，编译器会根据函数体大小计算内联后整体程序打大小，来决定是否内联。这种内联操作会针对所有函数，即使没有申明inline的函数 -finline-small-functions [enabled] -fipa-bit-cp [enabled] -fipa-cp [enabled] -fipa-icf [enabled] -fipa-icf-functions [enabled] -fipa-icf-variables [enabled] -fipa-ra [enabled] -fipa-sra [enabled] -fipa-vrp [enabled] -fisolate-erroneous-paths-dereference [enabled] -flra-remat [enabled] -foptimize-sibling-calls [enabled] -foptimize-strlen [enabled] -fpartial-inlining [enabled] -fpeephole2 [enabled] -freorder-blocks-and-partition [enabled] -freorder-functions [enabled] -frerun-cse-after-loop [enabled] -fschedule-insns2 [enabled] -fstore-merging [enabled] // 限制不同类型的变量名指向同一块内存，一般这个选项都是关闭的，因为很多时候我们会进行强制装换，所以不开启很多代码库会编译不过 -fstrict-aliasing [enabled] -fstrict-overflow [enabled] -fthread-jumps [enabled] -ftree-pre [enabled] -ftree-switch-conversion [enabled] -ftree-tail-merge [enabled] -ftree-vrp [enabled]
-O3 在-O2的基础上，level 3的级别优化，以下是本机**gcc version 7.4.0 (ubuntu1~18.04.1)**环境下，额外开启了以下优化开关：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 -fgcse-after-reload [enabled] -finline-functions [enabled] -fipa-cp-clone [enabled] -fpeel-loops [enabled] -fpredictive-commoning [enabled] -fsplit-loops [enabled] -fsplit-paths [enabled] -ftree-loop-distribute-patterns [enabled] -ftree-loop-vectorize [enabled] -ftree-partial-pre [enabled] -ftree-slp-vectorize [enabled] -funswitch-loops [enabled]
-O0 默认的优化选项
-Os 优化生成的目标文件的大小。-Os是基于-O2的优化选项，按照手册的说法：
-Os开启了-O2优化选项的所有开关，除了会增加生成代码大小的以下一些开关，
本机**gcc version 7.4.0 (ubuntu1~18.04.1)**环境下，-Os相对于-O2只开启了优化开关：
1 -finline-functions [enabled]
且相对于-O2关闭了优化：
1 -foptimize-strlen [enabled]
-Ofast 为了提高程序的执行速度，GCC可以无视严格的语言标准。-Ofast会开启所有-O3的编译开关，且会对不符合标准的程序进行优化。
-Og 优化调试信息。相对于-O0生成的调试信息，-Og是为了能够生成更好的调试信息。和-O0一样，-Og选项关闭了很多优化开关。
如果同时使用多个不同level -O优化选项来进行编译，编译器会根据最后一个-O的level 来决定采用那种优化级别。
GCC中与机器无关的编译选项的格式都是-f flag ，flag为对应的编译选项，许多编译选项都有两个：开启 和关闭 ，开启和关闭通过-no
在开启-O多个level的编译优化时候，有可能会根据具体需要，对应的默认编译选项可能需要调整，在-O后面加上对应编译选项开关就可以了，gcc对于多个冲突的编译选项会以最后的为准
2. GCC 调试选项 GCC允许编译时添加额外的调试信息，以便程序进行调试，大部分情况下，你需要编译选项-g
GCC允许您将-g与-O配合使用。GCC开启优化编译选项的结果有时可能会令人惊讶：
基于上述原因，可调试的优化输出，对于可能有bug的程序是很有必要的。
如果您没有使用其他优化选项，请考虑将-Og与-g一起使用
-g 生成操作系统原生格式(stabs, COFF, XCOFF, or DWARF)的调试信息，gdb可以使用这些调试信息。在使用stabs调试格式的系统中，-g会为gdb调试工具生成额外的调试信息。
stabs ：symbol table strings ，一种调试数据格式，创建于1980s，由于当时Unix系统最流行的目标文件格式a.out并没有规定如果存储调试信息，stabs通过将调试信息编码到目标文件的符号表中来进行调试。这在Unix操作系统中流行了很长一段时间，现在已经被更流行DWARF格式所取代。COFF ：Common Object File Format ，是Unix操作系统上的一种通用目标文件格式，是为可执行文件，目标文件，共享库所定义的一种格式。在Unix System V中引入，以取代之前的a.out目标文件格式，随着发展生成了XCOFF和ECOFF等扩展。现在已经被ELF格式所取代 XCOFF ：eXtended COFF ，是IBM基于COFF目标文件格式扩展的一种格式；在IBM机器中仍然采用；DWARF ： 目前广泛流行使用的标准化调试数据格式；DWARF最开始设计时是独立于ELF的，它同样是一种目标文件格式。根据wiki介绍 ，DWARF是伴随ELF开发的，由于ELF在中世纪文学中有精灵的意思，所以作者用”Dwarf”小矮人来命名这个项目，作者后来提出了Debugging With Attributed Record Formats 的缩写。关于DWARF的实现可参考DWARF手册 。
-ggdb 生成GDB调试的调试信息
-gdwarf 生成DWARF格式的调试信息。
-gstabs 生成stabs格式的调试信息，不包含GDB扩展信息；
-glevel 和-O优化选项一样，生成不同级别的调试信息。
-g0 ：不生成调试信息，相当于没有使用-g；-g1 ：生成最小的调试信息，足够在不打算调试的程序中进行堆栈查看。最小调试信息包括函数描述，外部变量，行数表，但不包括局部变量信息。-g2 ：默认-g的调试级别；-g3 ：相对-g，生成额外的信息，例如所有的宏定义；
和-O一样，如果多个级别的-g选项同时存在，最后的选项会被生效
下面简单的看一下在开启调试信息的编译中，生成的目标文件会有什么不一样。以下面代码为例：
1 2 3 4 5 6 #include <iostream> const char * a = "walkerdu" ;int main () const char * b = "lss" ; }
在加上-g选项后，目标文件会新增很多调试段信息，如下：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [26] .debug_aranges PROGBITS 0000000000000000 00001043 0000000000000030 0000000000000000 0 0 1 [27] .debug_info PROGBITS 0000000000000000 00001073 000000000000288b 0000000000000000 0 0 1 [28] .debug_abbrev PROGBITS 0000000000000000 000038fe 00000000000005ad 0000000000000000 0 0 1 [29] .debug_line PROGBITS 0000000000000000 00003eab 00000000000003d1 0000000000000000 0 0 1 [30] .debug_str PROGBITS 0000000000000000 0000427c 00000000000019d7 0000000000000001 MS 0 0 1
且-g生成的可执行文件是不带-g的3倍。项目代码在-O2下生成的ELF文件大小是116MB，而在-O2 -g编译选项下竟然有2.3GB，是不是很恐怖。
综上，很多项目的线上版本都是使用”-O2 -g”的编译选项进行编译
3. 参考 Optimize-Options
Debugging-Options
