《Linux从练气到飞升》No.05 Linux编译器gcc/g++的使用及编译过程 【云边有个小卖部】上新

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前言

本篇我们将讲述gcc/g++的使用以及它是如何完成一次编译的，因为指令比较简单，而且后文讲述编译过程的篇幅较长，我就先讲gcc/g++的使用，也方便需要的人查阅，但是编译过程才是更重要的知识，OK，话不多说，我们开始吧！

gcc/g++的使用

格式： gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]

如果只是要在Linux上编译，命令为：

gcc test.c -o test_target

这是最常用最推荐也是最简单的命令

我举个例子方便理解：

• 我先创建一个程序

• 

• 现在我们需要编译运行它，步骤如下：

• 

• C++文件的执行步骤也是一样的，把gcc改为g++即可

g++ testcpp.cpp -o testcpp_target

• 
• 有朋友就要问了：诶，那gcc 和 要编译的文件中间的选项没填啊？
• 别急，这是后面要讲的，前面到这就是Linux系统执行一个C/C++程序的过程了,后面将讲述它从预处理到最后链接的过程~

gcc/g++是如何完成一次编译的？

第一步：预处理

预处理阶段是干了那些事？

• 1. 去注释

  这个很好理解，就不赘述了

• 2. 头文件展开

  我们来实际看看它是怎么展开的？
  首先我们得生成只经历预处理的文件
  命令为：

  gcc -E [源文件] -o [目标文件]
  

  -E的含义是：告诉gcc，从现在开始进行程序的翻译，将预处理工作做完就停下来，不要往后走了。 我们可以打开看看
  
  能看到有很多头文件，但是还记得吗，我们只包了一个stdio.h文件，这样的好处就是我们不用那么多文件一个个包含了。

  这里还有个知识点，你有木有想过，我们为什么可以在windows或者Linux上进行c/c++或者其他形式的开发呢？

  这是因为我们系统中一定会提前或者后续安装好C/C++开发相关的头文件、库函数，C/C++开发环境不仅仅是指vs、gcc、g++，更重要的是语言本身的头文件和库函数， 举个例子，你们下载安装VS studio的时候，选择对应的开发包同步也在下载c的头文件和库函数，你可以去找一下对应的文件

• 3. 条件编译

  我们知道很多软件会提供社区版和专业版，社区版是免费的，那么难道提供这些软件的公司还需要维护两份代码吗？

  当然不是，它只需要设置条件编译，让会员能使用所有功能，而社区版则是被阉割一部分代码，这就是条件编译的含义。

• 4. 宏替换

  很好理解
  假设有这么一个例子
  
  我们执行后看它的预处理情况
  
  可以很清楚的看到它被替换成了10

总结一下：
预处理功能主要包括宏定义,文件包含,条件编译,去注释等。
预处理指令是以#号开头的代码行。
实例: gcc –E hello.c –o hello.i
选项“-E”,该选项的作用是让 gcc 在预处理结束后停止编译过程。
选项“-o”是指目标文件,“.i”文件为已经过预处理的C原始程序。

预处理完就要进入编译了~

编译

编译的目的是生成汇编语言

它首先会检查代码的规范性，是否有语法错误以确定代码的实际要做的工作，在检查无误后，gcc把代码翻译成汇编语言

用户可以使用-S选项来查看，该选项只进行编译而不进行汇编,生成汇编代码，它将编译工作做完就停下来。

举个栗子：

打开看看里面长啥样

编译的下一步是汇编

汇编

汇编的目的是生成机器可识别代码

汇编阶段是把编译阶段生成的“.s”文件转成目标文件

用户在此可使用选项-c就可看到汇编代码已转化为“.o”的二进制目标代码了，它的过程是从现在开始进行程序的翻译，将汇编工作做完就停下来

它可以重定位二进制文件，和 库 进行链接形成可执行程序

举个栗子：

进去看看

可以看到它生成了我们看不懂的0101这种二进制的文件

它现在可以独立执行了吗？
答案是不可以，虽然它现在已经是二进制了，但是它还需要经过链接才能执行

终于链接了！

链接

链接的目的是生成可执行文件或库文件

在成功编译之后,就进入了链接阶段。

举个例子

就这样，一个程序终于执行结束

函数库

• 我们的C程序中，并没有定义“printf”的函数实现,且在预编译中包含的“stdio.h”中也只有该函数的声明,而没有定义函数的实现,那么,是在哪里实“printf”函数的呢?
• 最后的答案是:系统把这些函数实现都被做到名为 libc.so.6 的库文件中去了,在没有特别指定时,gcc 会到系统默认的搜索路径“/usr/lib”下进行查找,也就是链接到 libc.so.6 库函数中去,这样就能实现函数“printf”了,而这也就是链接的作用
• 方法的实现就在库中，库其实就是把源文件（.c）经过一定的翻译，然后打包最后只给你提供一个文件而不用给你提供太多源文件，同时，也达到了隐藏源文件的目的。
• 有一个公式很好的体现了这之间的关系：
• 头文件提供的方法声明+库文件提供方法的实现+你的代码=你的软件
• 我们都是站在巨人的肩膀上学习的！

函数库的分类

函数库一般分为静态库和动态库两种。

如果拿去B站看视频举例，静态库相当于提前下好了B站的视频然后想看视频时再看视频，而动态库则相当于直接去网页看视频。

在编译器使用静态库进行静态链接时，会将自己的方法拷贝到目标程序中，该程序以后不用再依赖静态库，而动态库不同，一旦对应的动态库缺失，影响的不止一个程序，可能导致很多程序都无法正常运行！

• 静态库是指编译链接时,把库文件的代码全部加入到可执行文件中,因此生成的文件比较大,但在运行时也
  就不再需要库文件了。其后缀名一般为“.a”

• 动态库与之相反,在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中,而是在程序执行时由运行时
  链接文件加载库,这样可以节省系统的开销。动态库一般后缀名为“.so”,如前面所述的 libc.so.6 就是动态
  库。gcc 在编译时默认使用动态库。完成了链接之后,gcc 就可以生成可执行文件,如下所示。 gcc hello.o –o hello

• gcc默认生成的二进制程序，是动态链接的，这点可以通过 file 命令验证。

接下来我们来验证上面所说的

由于机器故障找的网图，不过不影响结果

可以看到在Linux中，编译形成可执行程序，默认采用的就是动态链接

那静态链接怎么验证呢？

只需要在后面加上-static即可

1.如果我们没有静态库，但是我们就要-static, 行不行呢?不行(以后再详细解释)

2.如果我们没有动态库，只有静态库，而且gcc能找到吗？
能的，gec默认优先动态链接，-static的本质是改变优先级，而且只适配一次

3.链接的都是动态库或者都是静态库吗？不一定是纯的全部动态链接或者静态链接，它可以是混合的!

动态库|静态库总结

动态库因为是共享库，它可以有效的节省资源(磁盘空间，内存空间，网络空间等)[优点]
动态库一旦缺失,导致各个程序都无法运行[缺点]

静态库，不依赖库，程序可以独立运行[优点]
体积大， 比较消耗资源[缺点]

gcc选项

• -E 只激活预处理,这个不生成文件,你需要把它重定向到一个输出文件里面
• -S 编译到汇编语言不进行汇编和链接
• -c 编译到目标代码
• -o 文件输出到 文件
• -static 此选项对生成的文件采用静态链接
• -g 生成调试信息。GNU 调试器可利用该信息。
• -shared 此选项将尽量使用动态库，所以生成文件比较小，但是需要系统由动态库.
• -O0
• -O1
• -O2
• -O3 编译器的优化选项的4个级别，-O0表示没有优化,-O1为缺省值，-O3优化级别最高
• -w 不生成任何警告信息。
• -Wall 生成所有警告信息。

预处理、编译、汇编、链接，他们对应的文件怎么记忆后缀名呢？

有个好方法

看看你键盘最左上角的是Esc键，对应着相应的指令

想想镜像的后缀：iso ，对应相应的后缀

后记

本篇主要讲述了Linux编译器gcc/g++的使用以及编译过程。