Linux开发工具：gcc和g++
目录
一. 什么是gcc和g++
二. gcc的基本使用方法
三. 库和链接
3.1 动态库和静态库
3.2 动态链接和静态链接
四. Debug和Release
五. makefile和make
六. 总结
一. 什么是gcc和g++
- gcc：Linux下编译C语言程序的编译器
- g++：Linux下编译C++代码的编译器
由于C++兼容C语言，因此g++既可以编译C++也可以编译C语言。但是，一般建议使用gcc编译C语言，使用g++编译C++。
gcc和g++的使用方法完全一致，因此，本文以gcc为例讲解gcc/g++的使用方法。
二. gcc的基本使用方法
以mycode.c代码为例，生成可执行文件的一般指令为：
- gcc mycode.c -std=c99
生成可执行文件的默认文件名为a.out，程序运行的指令为：./a.out
图2.1 使用gcc编译C语言代码
如果我们希望自定义可执行文件的文件名，就需要用到-o选项：
- -o选项：将生成的文件，输出重定向的特定文件
假设我们希望生成的可执行文件文件名为mytest，那么指令应为：gcc mycode.c -o mytest.txt -std=c99，通过ll指令，可以看到生mytest文件生成成功。
图2.2 使用-o选项自定义可执行文件文件名
我们知道，源文件(.c/.cpp)到可执行程序，需要经过四个步骤（预编译、编译、汇编、链接），每一步完成的工作为：
- 预编译（预处理）：头文件的包含、注释的删除、宏替换、条件编译，生成.i文件。
- 编译：将C/C++代码转换为对应汇编代码，生成,s文件。
- 汇编：将汇编代码转换为可识别的机器码（二进制指令）。
- 链接：将多个目标文件和链接库进行链接。
由可执行文件生成的四个步骤，引出gcc/g++的三个选项：
- -E：从当前开始翻译，完成预处理就停止。
- -S：从当前开始翻译，完成到编译就停止。
- -c：从当前开始翻译，完成到汇编就停止。
通过指令gcc -E mycode.c -o mycode.i -std=c99，生成预处理后的文件mycode.i，用vim打开两份文件，可以看出所有的条件编译、注释、宏和头文件，均按规则进行了处理（见图2.3）
图2.2 预处理完成后就停止
图2.3 预处理前（右）后（左）的文件内容对比
通过gcc -S mycode.i -o mycode.s -std=c99，生成编译后的文件mycode.s，使用vim打开mycode.s文件，可以看到程序对应的汇编代码。
图2.3 完成编译工作就停止
图2.4 对mycode.i编译生成的汇编代码
通过指令gcc -c mycode.s -o mycode.o -std=c99，生成二进制的目标文件mycode.o，这里由于vim是文本编辑器，查看二进制文件mycode.o看到的会是乱码，可以使用od来查看二进制文件内容，od查看二进制文件指令为：od 二进制文件名。
图2.5 完成汇编工作就停止
如果不使用-o、-i、-s选项中的任意一个，那么直接默认完成到链接工作，生成可执行文件。
可执行程序形成的时候，不是无序的二进制构造，而是遵循自己的格式 -- ELF格式。通过指令：readelf -S 可执行文件名，可以查看可执行文件的二进制构成。
图2.7 readelf查看可执行文件的二进制构成
三. 库和链接
3.1 动态库和静态库
链接，就是将汇编之后生成的二进制目标文件，与标准库进行链接。
库，本质上就是源文件(.c/.cpp)经过一定的翻译后进行打包后的文件，库有自己的路径。使用库可以达到隐藏源文件的目的， 库中提供函数方法的具体实现。
可以这样认为：头文件提供方法声明 + 库提供方法实现 + 用户代码 = 软件。
库，可分为动态库和静态库，在Window和Linux系统中，根据后缀名不同来区分动静态库：
- 在Linux环境下：.so(动态库)、.a(静态库)
- 在Windows环境下：.dll(动态库)、.lib(静态库)
库有自己的命名规则：libname.so.XXX，libname.a.XXX，其中库的实际名称只有中间name那一小部分，lib为前缀，.so.XXX/.a.XXX为后缀。
在Liunx系统中，库文件默认存储在路径/lib64/下，使用指令ls /lib64/libc.so*和ls /lib64/libc.s*，可以分别查看C语言的动态库和静态库。
图3.1 C语言动静态库的查看
Linux系统中，默认只有C/C++的动态库，没有静态库，静态库需要自行安装，安装方法为：
- C语言静态库：yum install -y glibc-static
- C++静态库：yum install -y libstdc++-static
3.2 动态链接和静态链接
- 动态链接，就是在代码执行过程中，通过链接关系，让执行流跳转到库中去执行。
- 静态链接，就是将库中的方法，拿到源文件调用库中方法的位置，执行流不会跳转到库的内部执行。
如果动态库缺失，那么涉及到动态库的所有程序，都不能正常运行。如果静态库缺失，方法的实现已经被提取到了可执行文件中，程序依旧能正常运行。
动态链接和静态链接各有其优缺点：
- 动态链接可执行文件小，但如果动态库缺失，可能大范围造成程序不可运行
- 静态链接静态库缺失不影响程序运行，安全性更高，但是可执行程序的占用空间会大幅膨胀。
在默认情况下，gcc采用动态链接的方式编译源文件，如果希望采用静态链接的方式编译代码，首先要保证静态库存在，然后显示声明选项-static， 即可执行静态链接。
- gcc mycode.c -o mytest-static - std=c99 -static -- 采用静态链接方式编译mytest.c文件
如图3.2所示，分别采用动态链接和静态链接的方式，编译mycode.c源文件，生成可执行文件mytest和mytest-static，通过ll查看文件属性，看到采用静态链接的可执行文件占用空间明显大于采用动态链接的。
图3.2 采用动态链接和静态链接的方法生成可执行文件
关于查看可执行程序的动静态链接情况，有以下两条指令：
- file指令：查看可执行文件的动静态链接情况。
- ldd指令：查看可执行文件动静态链接所依赖的动态库。
图3.3 file和ldd指令查看
关于动静态库是否存在与动静态链接是否能够完成的关系，有下面三条规律：
- 如果静态库不存在，那么一定不能完成静态链接。
- 如果动态库不存在，静态库存在，gcc不使用-static选项，那么依旧能够生成可执行文件，只不过是以静态链接的方式生成的。
- 根据第1和第2条规律，如果gcc不使用-static选项，那么可执行文件可能是动态链接和静态链接并存的。
四. Debug和Release
Debug为调试版本，以Debug版本发布的可执行程序，会带有调试信息。Release为发布版本，以Release版本发布的可执行程序，不会带有调试信息。Release相比于Debug，运行效率高，运行内存消耗低，占用空间少，整体的性能较优，但是Release版本不能调试。
gcc默认情况采用Release版本发布可执行文件，如果要采用Debug版本发布，那么需要-g选项。
图4.1对比了采用Release版本可Debug版本发布的可执行文件mytest和mytest-debug的占用空间大小，可以看出Debug发布的可执行程序相比于Release占用更多空间。
图4.1 采用Release和Debug发布可执行程序
五. makefile和make
如果源文件过多，那么手动输入文件名就会十分麻烦，并且如果要删除可执行程序，采用rm批量删除容易误删。通过makefile和make配合使用，可以避免上述问题。
- makefile：是一个文件。
- make：是一条指令。
我们需要在源文件的路径下面，通过touch makefile，创建名为makefile的文件。vim makefile打开文件，在首行输入依赖关系，另起一行输入依赖方法（见图5.1），保存并退出makefile文件。我们只需要在命令行中输入指令make，即可生成可执行文件，输入make clean，即可清除可执行文件。
图5.1 makefile文件的内容
图5.2 通过makefile和make实现对源文件的翻译和删除可执行程序
通过指令 read -S mytest-static | grep -i debug，可以筛选出可执行文件中的调试信息。
图5.3 可执行文件调试信息的提取
六. 总结
- gcc/g++都是Linux下的代码编译器，gcc只能编译C语言代码，g++既能编译C语言代码也能编译C++代码，因为C++兼容C语言。
- gcc/g++能够实现从源文件到可执行文件的翻译，有-E/-S/-c选项，功能分别为翻译到 预编译/编译/汇编 就终止翻译，如果不显示声明-E/-S/-c的任意一个，那么直接完成链接操作，生成可执行文件。
- gcc默认生成的可执行文件的文件名为a.out，如果希望自定义可执行文件文件名，需要-o选项实现，-o的功能为：将生成的文件，输出重定向的特定文件。
- 库可以分为动态库和静态库，通过后缀名来区分动态库和静态库，库本质上是源文件经过翻译后生成的文件，具有自己的路径，同时，库遵循特定的命名规范。在Linux下，各种库文件存储在路径/lib64/下。
- 链接分为动态链接和静态链接，动态和静态链接要依赖动态库和静态库。动态链接的可执行文件体积小，但是如果动态库丢失就无法正常运行，安全性相对较低。静态链接的可执行文件体积大，但静态库丢失以及能正常运行。
- gcc默认采用动态链接的方式生成可执行文件，如要采用静态链接，应使用-static选项。
- gcc默认采用Release版本生成可执行文件，如果要使用Debug版本，应当使用-g选项。
- 通过makefile和make、make clean的配合使用，可以快捷实现翻译源文件和删除可执行程序。