【C++】g++指令使用指南

---

前言

参考答案：chatgpt
g++ -o是链接 g++ -c是编译
g++ -c：这个选项告诉编译器进行编译操作，但是不进行链接。这会生成 .o 的对象文件，这些对象文件包含了源代码编译后的机器代码，但是还没有被链接成一个可以执行的程序。例如，g++ -c main.cpp 命令会编译 main.cpp 文件，并生成 main.o 对象文件。

g++ -o：这个选项用于指定输出文件的名称。它通常用在链接阶段，可以用来指定生成的可执行文件或库文件的名称。例如，g++ -o program main.o 命令会将 main.o 对象文件链接成一个名为 program 的可执行文件。

注意，如果你在 g++ 命令中既没有指定 -c 选项，也没有指定 -o 选项，那么编译器默认会进行编译和链接两个步骤，生成一个名为 a.out 的可执行文件。例如，g++ main.cpp 命令会编译并链接 main.cpp 文件，生成 a.out 可执行文件。如果你想要指定生成的可执行文件的名称，你可以使用 -o 选项，如 g++ main.cpp -o program。

一、g++

g++ 是 GNU 编译器套件 GCC 的一部分，是用来编译和链接 C++ 程序的主要工具。它有很多选项和参数，这里列出一些最常用的：

-o outputfile：指定输出文件的名称。例如，g++ -o program program.cpp 会将 program.cpp 编译成一个名为 program 的可执行文件。

-c：只编译源代码，不链接。例如，g++ -c program.cpp 会将 program.cpp 编译成一个名为 program.o 的对象文件。

-I directory：指定头文件的搜索路径。例如，g++ -I /path/to/headers program.cpp 会在编译 program.cpp 时，在 /path/to/headers 目录下搜索头文件。

-L directory：指定库文件的搜索路径。例如，g++ -L /path/to/libs program.cpp -lmylib 会在链接时，在 /path/to/libs 目录下搜索 libmylib 库。

-l library：链接一个库。例如，g++ program.cpp -lmylib 会在链接时，链接 libmylib 库。注意，-l 选项后面的库名不包含 lib 前缀和 .a 或 .so 后缀。

-W warning：启用特定的警告。例如，g++ -Wall program.cpp 会启用所有的警告。

-g：生成用于调试的信息。例如，g++ -g program.cpp 会在编译 program.cpp 时，生成额外的信息，这些信息可以被调试器（如 gdb）使用。

-std=standard：指定使用的 C++ 标准。例如，g++ -std=c++11 program.cpp 会使用 C++11 标准来编译 program.cpp。

-shared：生成动态链接库。例如，g++ -shared -o libmylib.so mylib.cpp 会将 mylib.cpp 编译成一个名为 libmylib.so 的动态链接库。

以上只是 g++ 的一些基本选项。g++ 还有许多其他的选项，你可以使用 man g++ 或 g++ --help 命令来查看完整的选项列表。请注意，不同版本的 g++ 可能支持的选项略有不同。

二、使用例子

一些使用 g++ 的常见例子：

基本的编译命令：下面的命令会将 main.cpp 编译成一个名为 main 的可执行文件：

g++ -o main main.cpp

生成对象文件：下面的命令会将 main.cpp 编译成一个名为 main.o 的对象文件：

g++ -c main.cpp

链接多个对象文件：如果你有多个对象文件，你可以用下面的命令将它们链接成一个可执行文件：

g++ -o program file1.o file2.o file3.o

使用 C++11 标准：如果你的代码需要 C++11 标准，你可以用下面的命令来编译：

g++ -std=c++11 -o program program.cpp

启用所有警告：下面的命令会在编译时启用所有警告：

g++ -Wall -o program program.cpp

生成动态链接库：下面的命令会将 library.cpp 编译成一个名为 liblibrary.so 的动态链接库：
g++ -shared -o liblibrary.so library.cpp

g++ -shared -o liblibrary.so library.cpp

链接库：如果你的程序需要链接一个名为 libmath 的库，你可以用下面的命令来编译：
g++ -o program program.cpp -lmath

g++ -o program program.cpp -lmath

---

一个例子：

g++ -c math_functions.cpp -o math_functions.o

和

g++ -c math_functions.cpp 

其实是一个概念，它们含义相同：这两条命令的功能是相同的，都是编译 math_functions.cpp 文件并生成一个对象文件。区别在于输出文件的命名。
在 g++ -c math_functions.cpp -o math_functions.o 命令中，-o math_functions.o 显式地指定了输出文件的名称为 math_functions.o。
在 g++ -c math_functions.cpp 命令中，没有用 -o 选项来指定输出文件的名称。在这种情况下，g++ 会使用默认的文件名规则来命名输出文件。对于这个特定的命令，g++ 会把源文件名（不包括扩展名）用作输出文件的基本名，然后加上 .o 扩展名。所以，输出文件的名称还是 math_functions.o。
所以，这两条命令在功能上是一样的，都会生成一个名为 math_functions.o 的对象文件。只是第一条命令显式地指定了输出文件的名称，而第二条命令使用了默认的文件名规则。

三、链接，对象文件和可执行文件的区别

对象文件（Object Files）和可执行文件（Executable Files）都是编译过程的重要组成部分，但它们在编译链接过程中的角色和内容上有所不同。

对象文件：在编译过程中，源代码文件（如 .c 或 .cpp 文件）首先被编译成对象文件。对象文件包含了从源代码编译得到的机器代码，但这些代码还没有被完全链接起来。在链接阶段之前，对象文件中的代码可能还包含一些未解析的符号——这些符号通常是函数或变量的名称，它们在此阶段可能还没有一个具体的内存地址。对象文件在 Unix-like 系统（如 Linux 或 macOS）中通常有 .o 后缀，在 Windows 系统中通常有 .obj 后缀。

可执行文件：在链接过程中，一个或多个对象文件被链接器处理，生成一个可执行文件。在这个过程中，所有未解析的符号都会被赋予一个具体的内存地址，所有的库调用都会被解析，并且需要的库代码会被包含进来（在静态链接的情况下）。生成的可执行文件包含了可以直接被操作系统加载和执行的机器代码。在 Unix-like 系统中，可执行文件没有特定的后缀，在 Windows 系统中，可执行文件通常有 .exe 后缀。

总的来说，对象文件和可执行文件的主要区别在于链接的程度：对象文件包含了部分链接的代码，而可执行文件包含了完全链接的代码。在一些大型项目中，源代码可能被分割成多个文件，然后分别编译成对象文件，最后再链接成一个可执行文件。这样的做法可以提高编译的效率，因为当某个源文件被修改时，只需要重新编译那个文件，而不需要重新编译整个项目。

对象文件和可执行文件之间的主要区别就在于链接过程。

---

链接的基本语句：

g++ 是 GNU 编译器集（GNU Compiler Collection，GCC）中的一个工具，主要用于编译和链接 C++ 程序。在链接阶段，g++ 能够将多个对象文件（.o 文件）以及库文件（如 .a 静态库或 .so 动态库）链接（link）成一个可执行文件或者一个库。
以下是一些基本的 g++ 链接命令的例子：

1）链接对象文件创建可执行文件：

g++ -o program main.o utils.o

这个命令将 main.o 和 utils.o 对象文件链接成一个名为 program 的可执行文件。

2）链接对象文件和库文件创建可执行文件：

g++ -o program main.o -L. -lmylib

这个命令将 main.o 对象文件和当前目录（.）下的 libmylib.a 或 libmylib.so 库文件链接成一个名为 program 的可执行文件。
其中，-L. 选项告诉链接器在当前目录查找库，-lmylib 选项告诉链接器链接名为 mylib 的库。

3）链接对象文件创建动态库：

g++ -shared -o libmylib.so main.o utils.o

这个命令将 main.o 和 utils.o 对象文件链接成一个名为 libmylib.so 的动态库。
注意，这些都只是基本的示例，实际的 g++ 链接命令可能会更复杂，包含更多的选项和参数。例如，你可能需要指定不同的优化选项，或者链接多个库，或者使用不同的链接器选项等等。具体的命令取决于你的程序的需求和约束。

四、静态库，动态链接库（共享库）

静态库（Static Libraries）和动态链接库（Dynamic Link Libraries，也被称为共享库）都是软件开发中常见的库类型，它们主要的区别在于链接和运行时的行为。

静态库：

静态链接是在编译时完成的。当你的程序链接到一个静态库时，库中被程序使用到的代码和数据将被复制到最终的可执行文件中。因此，生成的可执行文件会比较大，但是它包含了所有需要的代码和数据，可以独立运行，不依赖任何外部的库文件。

静态库的一个优点是，因为所有代码和数据都被包含在可执行文件中，所以不存在版本冲突的问题。但是它的一个缺点是，如果多个程序使用了同一静态库，那么这个库的代码和数据会在每个程序的可执行文件中都有一份拷贝，这会消耗更多的磁盘空间和内存。

动态链接库（共享库）：

共享库（Shared Libraries）和动态链接库（Dynamic Link Libraries）是两种描述同一概念的术语。

动态链接是在运行时完成的。当你的程序链接到一个动态库时，库的代码和数据不会被复制到可执行文件中。相反，可执行文件只包含一些引用，指向运行时需要加载的库。因此，生成的可执行文件会比较小，但是它需要在运行时能够访问到所需的库文件。

动态库的一个优点是，如果多个程序使用了同一动态库，那么这个库的代码和数据在内存中只需要有一份拷贝，这有助于节省内存资源。此外，当库的代码需要更新时，只需要替换库的文件，而不需要重新编译和链接使用这个库的所有程序。但是它的一个缺点是可能存在版本冲突的问题，例如，如果一个程序需要的库版本和系统安装的库版本不匹配，那么程序可能无法正确运行。

总的来说，静态库和动态库各有优缺点，适合于不同的使用场景。在选择使用静态库还是动态库时，开发者需要根据他们的特定需求和约束来决定。

五、生成静态库，生成动态链接库（共享库）

举个例子：

有一个数学函数库，它包含了一个用于计算平方的函数。首先，你需要在头文件中声明这个函数：
math_functions.h

#ifndef MATH_FUNCTIONS_H
#define MATH_FUNCTIONS_H

double square(double x);

#endif

然后，你需要在 .cpp 文件中实现这个函数：
math_functions.cpp

#include "math_functions.h"

double square(double x) {
    return x * x;
}

至此，你就有了一个可以编译成静态库或动态链接库的源代码文件。
接下来，你可以使用编译器的命令来生成库文件。在 Linux 系统下，你可以使用 g++ 命令来生成库文件：

# 编译为对象文件
g++ -c math_functions.cpp -o math_functions.o

# 生成静态库
ar rcs libmath_functions.a math_functions.o

# 生成动态链接库
g++ -shared -o libmath_functions.so math_functions.o

现在你已经有了 libmath_functions.a 静态库和 libmath_functions.so 动态链接库。
你可以在你的主程序中使用这些库。首先，你需要在你的代码中包含头文件：
main.cpp

#include 
#include "math_functions.h"

int main() {
    double x = 5.0;
    std::cout << "The square of " << x << " is " << square(x) << std::endl;
    return 0;
}

然后，你可以链接静态库或动态链接库来编译你的程序：

# 链接静态库
g++ main.cpp -o main -L. -lmath_functions

# 或者链接动态链接库
g++ main.cpp -o main -L. -lmath_functions

在这些命令中，-L. 选项告诉 g++ 在当前目录中查找库文件，-lmath_functions 选项告诉 g++ 链接 libmath_functions 库（注意，-l 选项后面的库名不包含 lib 前缀和 .a 或 .so 后缀）。
请注意，这只是一个基础的示例，实际的库可能包含多个源文件和头文件，可能需要使用构建系统（如 Make、CMake 或其他）来管理。同时，动态链接库的使用在不同的系统下可能需要不同的处理方式，例如，在 Linux 系统下，你可能需要设置 LD_LIBRARY_PATH 环境变量来告诉系统在哪里查找动态链接库

---

我们重点看一下

# 编译为对象文件
g++ -c math_functions.cpp -o math_functions.o

# 生成静态库
ar rcs libmath_functions.a math_functions.o

# 生成动态链接库
g++ -shared -o libmath_functions.so math_functions.o

-c 选项告诉 g++ 编译源代码但不链接。

ar rcs 命令用于创建静态库。

-shared 选项用于创建动态链接库。
具体一点来看：
1）g++ -c math_functions.cpp -o math_functions.o：使用 g++ 编译器，编译源文件 math_functions.cpp，并生成一个对象文件 math_functions.o。这个对象文件包含了编译后的机器代码，但还没有链接，所以它不能直接执行。这个对象文件可以在之后与其他的对象文件或库一起链接，生成一个可执行文件。
2）ar rcs libmath_functions.a math_functions.o
使用 ar 工具，创建一个名为 libmath_functions.a 的静态库，并添加 math_functions.o 对象文件进这个库。如果这个库已经存在，并且已经包含了一个 math_functions.o 文件，那么新的 math_functions.o 文件会替换旧的文件。如果这个库不存在，那么会创建一个新的库。最后，ar 会写入库的符号表，以加速之后的链接过程。

ar 是一个创建、修改和提取归档文件的工具。归档文件是一种包含了其他文件的文件，可以被用来创建库。在你提供的命令 ar rcs libmath_functions.a math_functions.o 中，ar 正在创建一个静态库 libmath_functions.a，并把 math_functions.o 对象文件添加进这个库。
我们可以一步步地解析这个命令：

ar 是你正在使用的工具，它用于创建、修改和提取归档文件。

rcs 是一组选项，它们的意义如下：

r 表示替换。如果归档文件已经存在，并且你正在添加的文件在归档文件中已有，那么 r 选项会使 ar 用你正在添加的文件替换归档文件中已有的文件。

c 表示创建。如果归档文件不存在，那么 c 选项会使 ar 创建一个新的归档文件。

s 表示写入归档文件的符号表。符号表是一种数据结构，它使链接器能够更快地查找归档文件中的符号。

libmath_functions.a 是你正在创建的静态库的名称。

math_functions.o 是你正在添加到静态库中的对象文件。
3）g++ -shared -o libmath_functions.so math_functions.o：
这条命令的作用是使用 g++ 创建一个名为 libmath_functions.so 的共享库，并将 math_functions.o 对象文件包含进这个库。这个库可以被其他程序在运行时动态链接，使得这些程序可以使用库中的函数和变量，而无需在每个程序中都包含一份这个库的拷贝。这有助于节省系统的内存资源。

g++ 是 GCC 的 C++ 编译器，这里也用于链接阶段。

-shared 是一个选项，它告诉 g++ 创建一个共享库。共享库（在 Unix-like 系统中通常以 .so 结尾，在 Windows 中通常以 .dll 结尾）是一种可在多个执行中共享的库，不像静态库在每个可执行文件中都有一份完整的拷贝。

-o libmath_functions.so 是指定输出文件名的选项。在这里，输出文件的名称是 libmath_functions.so，这将是创建的共享库的名称。

math_functions.o 是要链接的对象文件。这个文件将被包含在生成的共享库中。