【探索Linux】—— 强大的命令行工具 P.4（编译器 gcc/g++ 使用）
阅读导航
- 前言
- 一、编译的四大过程（背景知识）
-
- 1. 预处理（Preprocessing）
- 2. 编译（Compilation）
- 3. 汇编（Assembly）
- 4. 链接（Linking）
- 二、gcc的使用
-
- 1. 概念
- 2. gcc主要特性和命令行选项
- 三、g++的使用
-
- 1. 概念
- 2. g++的常用命令和选项
- 总结
- 温馨提示
前言
前面我们讲了C语言的基础知识，也了解了一些数据结构，并且讲了有关C++的一些知识，也学习了一些Linux的基本操作，也了解并学习了有关Linux开发工具vim ，也相信大家都掌握的不错，今天博主带大家了解一下Linux编译器 gcc/g++ 使用， 下面话不多说坐稳扶好咱们要开车了！！！
一、编译的四大过程（背景知识）
⭕当进行编译过程时，按照以下顺序执行预处理、编译、汇编和链接的四个阶段。
1. 预处理（Preprocessing）
- 输入：原始源代码文件（通常以
.c或.cpp等扩展名为例），包含了程序的源代码。 - 输出：预处理后的源代码文件。
- 生成的中间文件：无。
在预处理阶段，预处理器对源代码进行处理，执行以下操作：
- 处理宏定义和宏展开。将预定义的宏、宏函数或宏常量在所有使用它们的地方进行替换。
- 处理条件编译指令（如
#ifdef、#endif）来决定哪些代码应包含或排除在编译过程中。 - 处理包含其他头文件的指令（如
#include），将头文件的内容嵌入到源代码中。 - 去除注释、多余的空格和空行等。
预处理阶段的结果是一个经过修改的源代码文件，其中包含了宏替换和处理后的代码。
2. 编译（Compilation）
- 输入：预处理后的源代码文件。
- 输出：汇编语言文件、目标文件（包含机器指令和符号信息）或中间代码文件（用于优化和分析）。
- 生成的中间文件：汇编语言文件、目标文件或中间代码文件。
在编译阶段，编译器将处理预处理阶段生成的源代码，并执行以下操作：
- 词法分析：将源代码分解成令牌（token）序列。
- 语法分析：根据语法规则验证令牌序列的结构，并构建抽象语法树（AST）。
- 语义分析：对AST进行类型检查、语义验证和错误检测，并生成符号表用于符号引用和定义的解析。
- 生成中间表示：将AST转换为中间表示（如三地址码、中间代码）。
编译阶段的输出文件可能是汇编语言文件（.s或.asm），包含源代码的汇编语言表示，或者是目标文件（.o或.obj），包含已编译的二进制代码和相关的符号信息。同时，也可以生成中间代码文件，用于后续的优化和分析过程。
3. 汇编（Assembly）
- 输入：汇编语言文件。
- 输出：目标文件。
- 生成的中间文件：无。
在汇编阶段，汇编器将汇编语言文件转换为机器可识别的指令。汇编器执行以下操作：
- 将每一行汇编语言代码解析为相应的机器指令。
- 生成目标文件，其中包含机器指令（以二进制形式）和相关的符号信息。
汇编阶段的输出文件通常是目标文件（.o或.obj），包含已转换为机器代码的汇编语言指令和符号信息。
4. 链接（Linking）
- 输入：目标文件（可能是多个），库文件。
- 输出：可执行文件、动态链接库或静态库。
- 生成的中间文件：无。
在链接阶段，链接器将多个目标文件和所需的库文件结合起来，执行以下操作：
- 解析符号引用和符号定义，确保所有引用的符号都能正确映射到定义的位置。
- 处理重定位信息，将逻辑地址（相对地址）转换为实际内存地址。
- 符号重命名：如果目标文件之间存在命名冲突，链接器可能会对一些符号进行重命名以确保唯一性。
- 合并代码和数据段：将多个目标文件的代码段和数据段合并到一个文件中。
- 处理库文件：检查并解析所需的库文件，将库文件中的代码和数据与目标文件进行链接。
- 生成最终可执行文件、动态链接库或静态库：链接器将处理完所有链接过程后，生成一个可供操作系统加载和执行的最终可执行文件或库文件。
输出文件的类型根据链接过程的目标不同而有所不同。如果链接的目标是生成一个完整的可执行文件，那么输出将是一个可执行文件（如.exe、无扩展名的可执行文件）。如果链接的目标是生成一个动态链接库（DLL）或静态库（静态链接库，.lib或.a），则输出将是相应的库文件。
中间文件是指在编译过程中生成的临时文件，用于存储不同阶段的中间结果。它们的具体类型和命名会根据编译器和工具链的不同而有所变化。常见的中间文件包括：
- 中间代码文件：在编译阶段生成的表示程序逻辑的中间代码文件，如中间表示形式（IR）、三地址码等。
- 汇编语言文件：在编译阶段生成的将源代码转化为汇编语言的文件。
- 临时目标文件：在编译和汇编阶段生成的临时目标文件，通常具有
.o或.obj的扩展名。
这些中间文件作为编译过程中不同阶段之间传递数据和信息的桥梁，它们不是最终生成的可执行文件或库文件。中间文件通常会在编译过程结束后被清理或删除。
二、gcc的使用
1. 概念
GCC（GNU Compiler Collection）是一个开源的编译器套件，被广泛用于Linux和其他类Unix系统中。它支持多种编程语言，包括C、C++、Objective-C、Fortran、Ada等。GCC的核心部分是C编译器（gcc），它是GCC套件中最常用的组件。
gcc提供了一个完整的编译工具链，包括预处理器、编译器、汇编器和链接器。它能够将源代码转换为可执行文件、动态链接库或静态库。
2. gcc主要特性和命令行选项
-
编译：
gcc -c file.c：编译C源代码文件file.c，生成目标文件file.o。gcc -o output file.o：将目标文件file.o链接成可执行文件output。
-
预处理：
gcc -E file.c：执行C源代码的预处理，将宏替换、条件编译等展开，并将结果输出到标准输出。gcc -E -o output.i file.c：将预处理的结果保存到output.i文件。
-
汇编：
gcc -S file.c：将C源代码文件转换为汇编语言文件file.s。gcc -S file.s：将汇编语言文件file.s转换为目标文件file.o。
-
链接：
gcc file1.o file2.o -o output：将多个目标文件file1.o和file2.o链接成可执行文件output。gcc -shared file1.o file2.o -o liboutput.so：将多个目标文件链接成共享库liboutput.so（动态链接库）。gcc -static file1.o file2.o -o output：将多个目标文件链接成静态库output。
-
其他参数：
-Wall：开启所有警告信息的显示。-O：进行优化，默认级别为-O1，可设置为-O2或-O3以获得更高的优化级别。-g：生成含有调试信息的可执行文件，用于调试和跟踪错误。-I：指定头文件路径。-L：指定库文件路径。
除了以上列举的一些常用编译命令以外，gcc还具有许多其他功能和选项，可以根据需要进行调整和优化。gcc是一个功能强大而灵活的编译工具，提供了广泛的功能来支持程序的开发和编译。你可以通过man gcc命令在Linux终端上查看gcc的详细文档。
三、g++的使用
1. 概念
g++是GCC套件中作为C++编译器的部分。它是用于编译C++源代码的GNU编译器，支持标准的C++语言规范，并提供了一些特定于C++的功能和优化。
g++具有与gcc相似的命令行参数和用法，但专注于编译和链接C++代码。
2. g++的常用命令和选项
-
编译：
g++ -c file.cpp：编译C++源代码文件file.cpp，生成目标文件file.o。g++ -o output file.o：将C++目标文件file.o链接成可执行文件output。
-
预处理：
g++ -E file.cpp：执行C++源代码的预处理，将宏替换、条件编译等展开，并将结果输出到标准输出。g++ -E -o output.i file.cpp：将预处理的结果保存到output.i文件。
-
汇编：
g++ -S file.cpp：将C++源代码文件转换为汇编语言文件file.s。g++ -S file.s：将汇编语言文件file.s转换为目标文件file.o。
-
链接：
g++ file1.o file2.o -o output：将多个C++目标文件file1.o和file2.o链接成可执行文件output。g++ -shared file1.o file2.o -o liboutput.so：将多个目标文件链接成共享库liboutput.so（动态链接库）。g++ -static file1.o file2.o -o output：将多个目标文件链接成静态库output。
-
其他参数：
-Wall：开启所有警告信息的显示。-O：进行优化，默认级别为-O1，可设置为-O2或-O3以获得更高的优化级别。-g：生成含有调试信息的可执行文件，用于调试和跟踪错误。-I：指定头文件路径。-L：指定库文件路径。
g++除了支持C++语言特性外，也能编译C语言代码。因此，对于仅包含C语言代码的项目，可以直接使用g++来进行编译。
与gcc类似，g++还提供了更多的功能和选项，支持C++的特性、库和模板。可以通过man g++命令在Linux终端上查看g++的详细文档。
总结
博主为大家绍了编译的四大过程（预处理、编译、汇编和链接）以及在Linux下使用gcc和g++的基本知识。
编译是将源代码转换为可执行文件的过程，包括预处理、编译、汇编和链接四个阶段。预处理阶段对源代码进行宏替换、头文件包含等操作；编译阶段将预处理后的代码翻译为汇编代码；汇编阶段将汇编代码转换为机器码；链接阶段将多个目标文件合并成一个可执行文件。
gcc是GNU Compiler Collection的一部分，支持多种编程语言，并提供了完整的编译工具链。通过gcc，我们可以进行源代码的编译、预处理、汇编和链接操作。gcc具有丰富的命令行选项，可以控制编译的行为，比如优化级别、警告信息等。
g++则是gcc套件中的C++编译器，专门用于编译和链接C++代码。与gcc类似，g++支持C++的语法和特性，并提供了专门的命令和选项。
通过学习，我们了解了编译的四个阶段，以及gcc和g++在Linux下的基本用法。这些知识对于开发者来说是非常重要的，可以帮助我们将源代码编译为可执行文件，并为我们的程序提供更高效的执行环境。同时，熟练掌握gcc和g++的使用方法，可以提高我们的开发效率和代码质量。
要深入了解gcc和g++的更多功能和选项，建议查阅官方文档或相关参考资料。编译是软件开发过程中的重要环节，通过继续学习和实践，我们可以更好地理解编译原理和技术，从而编写出高质量的代码。
温馨提示
感谢您对博主文章的关注与支持！在阅读本篇文章的同时，我们想提醒您留下您宝贵的意见和反馈。如果您喜欢这篇文章，可以点赞、评论和分享给您的同学，这将对我提供巨大的鼓励和支持。另外，我计划在未来的更新中持续探讨与本文相关的内容。我会为您带来更多关于Linux以及C++编程技术问题的深入解析、应用案例和趣味玩法等。请继续关注博主的更新，不要错过任何精彩内容！
再次感谢您的支持和关注。我们期待与您建立更紧密的互动，共同探索Linux、C++、算法和编程的奥秘。祝您生活愉快，排便顺畅！
