【C/C++】MacでC/C++実行環境構築（Clang→GCCの環境構築）

C言語は大学の授業でやったぐらいで10年ぶりの学び直し。今回は、一週間で身につくC言語の基本を教材として使わせていただいた。これが無料公開されているなんて、本当に感謝しかない。

早速、実行しようとした際に、少し戸惑ったので、調べたこともあわせて、備忘録として残しておく。

Visual Studioをインストール...不要
C/C++環境構築
C言語のコンパイル処理
まとめ

Visual Studioをインストール...不要

教材の手順に従って、MacにVisual Studio 2019 for Macをインストールした。早速プロジェクトを作成しようとしたが、C++がサポートされていない。。。そして、HPを確認すると、以下のように明記されていた。

Visual Studio for Mac では、Microsoft C++ はサポートされていませんが、.NET 言語とクロスプラットフォームの開発はサポートされています。

そこで、Macでは、Visual Studio Code をこれまで通り使うことにした。

C/C++環境構築

C/C++をコンパイルするためには、GCC（GNU Compiler Collection）が必要である。そこで、現在の私のMacの環境を確認した。

$ where gcc
/usr/bin/gcc
$ gcc -v
Configured with: --prefix=/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/usr --with-gxx-include-dir=/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX.sdk/usr/include/c++/4.2.1
Apple clang version 13.0.0 (clang-1300.0.29.3)
Target: x86_64-apple-darwin20.6.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin

本来のgccではなく、代替コンパイラであるclangがすでにインストールされていた。（Xcodeをインストールする際に、自動的にデフォルトのコンパイラとしてClangがインストールされているようであった。）

Clangとは

ClangはC、C++、Objective-C、Objective-C++をターゲットとして、マシン語にコンパイルするために使用されるフロントエンドコンパイラで、LLVM上で動作することを意図して設計されている。

フロントエンドコンパイラと呼ばれている意味としては、コンパイラにはフロントエンドとバックエンドが存在し、Clangはそのフロントエンド、すなわちコマンドの入力、ソース解析を担当している。そして、バックエンドとして、対象のアーキテクチャに最適なマシン語へ変換しているのが、LLVMである。

f:id:serip39:20211205184348j:plain

なんとなくであるが、イメージを掴むことができた。LLVMでの最適化などの詳細は以下を参照してほしい。

GCCと比較して、ソース解析の際に、細かいWarningやErrorを出力してくれる。

GCCのインストール

今回のC言語の初歩的な勉強であれば、Clangでも全く問題ないが、あえてGCCの環境構築を行ってみた。

Homebrewを用いるので、事前にインストールしておいてほしい。

$ brew install gcc
$ ls /usr/local/bin | grep gcc- 
gcc-11
gcc-ar-11
gcc-nm-11
gcc-ranlib-11
$ ls /usr/local/bin | grep g++- 
g++-11

これで、GCCが使えるようになった。ただし、gcc-11、g++-11のように末尾にバージョン情報が記載されているので実行時には注意が必要である。以下のコマンドで実行ファイルを生成することができる。

$ /usr/local/bin/gcc-11 test.c

$ /usr/local/bin/g++-11 test.cpp

開発環境構築

実行時には、以下のコマンドを実行する。

/usr/local/bin/gcc-11 test.c && ./a.out

毎回、同じコマンドを入力したくなかったので、シェルスクリプトを作成した。ただし、実行ファイルだけは、引数で指定するようにした。

#!/bin/bash
/usr/local/bin/gcc-11 $1 && ./a.out

実際に、実行してみる。

$ ./run.sh src/test.c
zsh: permission denied: ./run.sh

権限を確認する。

$ ls -l
total 8
drwxr-xr-x  3 serip39  staff   96 11 24 01:09 docs
-rw-r--r--  1 serip39 staff   29 11 24 01:22 run.sh
drwxr-xr-x  5 serip39  staff  160 11 24 01:09 sample

すべてのユーザーに実行権限を付与する。

$ chmod +x ./run.sh
$ ls -l
total 8
drwxr-xr-x  3 serip39  staff   96 11 24 01:09 docs
-rwxr-xr-x  1 serip39  staff   29 11 24 01:22 run.sh
drwxr-xr-x  5 serip39  staff  160 11 24 01:09 sample

これで、再度実行する。

$ ./run.sh src/test.c
HelloWorld.

無事に実行することができた。これで、MacでのC/C++の実行環境ができた。

複数ファイルのコンパイル

ファイル分割を行い、自作のヘッダーファイルを読み込んで実行しようとすると、以下のようなエラーが出力された。（Clangのエラー文のほうがわかりやすかったので、Clangで実行した結果を示す。）

Undefined symbols for architecture x86_64:
  "_avg", referenced from:
      _main in main-584f2f.o
ld: symbol(s) not found for architecture x86_64
clang: error: linker command failed with exit code 1 (use -v to see invocation)

エラーメッセージをよく見ると、これはコンパイルのエラーではなく、リンカのエラーであった。gccやg++などのフロントエンドコンパイラコマンドは、コンパイルだけじゃなく、リンカまで行って実行可能ファイルを作成する。そのため、以下の方法で実行する必要がある。

-cオプションなどでリンカを抑止する

$ /usr/local/bin/gcc-11 -c src/test.c && ./a.out

すべてのファイルを指定する
リンカ時には、実行可能ファイルに必要な全てのファイルを指定する必要がある。（標準のライブラリは自動的に探索されるので指定不要。）
```
 $ /usr/local/bin/gcc-11 src/test.c src/test1.c src/test2.c && ./a.out
```

ゆえに、シェルスクリプトも以下のように変更を行った。

#!/bin/bash

if [ -f $1 ]; then
  /usr/local/bin/gcc-11 $1 && ./a.out
else
  for pathfile in `find $1/*c`;
  do
    allpath+=$pathfile
    allpath+=" "
  done
  /usr/local/bin/gcc-11 $allpath && ./a.out
fi

フォルダを引数として指定した場合は、フォルダ内のソースファイルをすべてgccの引数に指定できるようにした。