【Linux取经路】基础开发工具——gcc/g++篇

Love The Way You Lie 2023-10-13 15:41 13阅读 0赞

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#### 文章目录 ####

*  **一、预处理**
 *   *  **1.1 头文件展开**
     *  **1.2 条件编译**
 *  **二、编译**
 *  **三、汇编**
 *  **四、链接**
 *   *  **4.1 什么是库?**
     *  **4.2 库的分类**
     *  **4.3 目标文件和库是如何链接的？**
     *   *  **4.3.1 动态链接**
         *  **4.3.2 静态链接**
     *  **4.4 动静态链接的优缺点对比**
 *  **五、Debug&&release**

**前言** ：  
 在前面的文章里给大家介绍了**vim**的使用方法，学会了vim之后就可以进行代码的编写工作，但vim仅仅只是一款文本编辑器，要想让我们的代码运行起来，还需要使用今天给大家介绍的**编译工具：gcc/g++**。其中gcc是针对C语言的编译器，g++是针对C++的编译器，他俩在使用形式上是相同的，所以今天主要以gcc为主，给大家介绍一下它们的使用方法，让大家快速上手。  
 编译主要分为**预处理、编译、汇编、链接**四个过程，下面将结合这四个具体过程，来介绍gcc的使用，同时会穿插介绍一些提升我们内功的边缘知识。

## **一、预处理** ##

*  预处理的主要功能主要包括**宏替换、头文件展开、条件编译、去注释**等。
 *  预处理指令都是以**\#**开头的代码行。
 *  指令：`gcc -E test.c -o test.i`
 *  `-E`：让gcc在预处理结束后停止编译过程。
 *  `-o`：将当前编译结果写入到test.i文件中，`.i`文件为经过预处理的C源程序（注意：此时还是源程序）。

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### **1.1 头文件展开** ###

头文件展开，就是把头文件中的内容拷贝到当前的源代码中，这就意味着，在编译之前，系统中必须得有这个头文件，那我怎么知道系统中有没有呢？其实完全不用担心，头文件属于开发环境的一部i分，在Windows环境中，我们使用的vs、dev等都叫做集成开发环境，集代码编写、编译于一体，我们在下载这些工具的时候，会选择一个开发包，这其实就是下载C有关的头文件和库文件。而Linux环境是专门供程序员使用的，所以在大多数Linux环境下，与开发环境有关的东西，如：代码编辑器、代码编译器、头文件/库文件等，都已经提前帮我们准备好了，我们可以直接开始写代码。  
 `/usr/include/`目录是Linux下gcc/g++头文件的**默认搜索路径**，该路径下有许多和开发相关的头文件。  
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### **1.2 条件编译** ###

条件编译，在我们平时写代码时似乎很少出现，但是它的作用我们可千万不能忽视。想必大家在下载一些软件的时候，会出现社区版、专业版等，一般而言，社区版的软件会比专业版的少一些功能。少的这些功能就是通过条件编译裁剪掉的，如果没有条件编译，那针对每一个版本，厂商都需要写一份对应的代码，那在维护的时候就非常麻烦，很可能会出现对社区版的修改了，而对专业版的没改。但是有了条件编译，厂商从始至终只需要维护一份代码即可，对于社区版只要对专业版的代码进行条件编译，裁剪掉相应的功能即可。

**小Tips**：预处理后得到的`.i`文件任然是C语言，只不过和我们的源码相比变得更干净了而已。

## **二、编译** ##

*  在这个阶段，gcc首先首先要检查代码的规范性，是否有语法错误，以确定代码实际要做的工作，在检查无误后，gcc把代码翻译成汇编语言。
 *  指令：`gcc -S test.i -o test.s`

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## **三、汇编** ##

*  汇编阶段是把编译生成的`.s`文件中的汇编指令转换成机器可以识别的二进制，这个二进制文件也被叫做**可重定位目标二进制文件，简称目标文件**。
 *  指令：`gcc -c test.s -o test.o`

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## **四、链接** ##

*  链接阶段是将目标文件和库文件进行链接，形成可执行程序
 *  指令：`gcc test.o -o mytest`

![在这里插入图片描述][14fae48768e74bf1af04ab208f8fc5da.png_pic_center]  
 有时候，我们会在程序当中引用、调用其他的外部子程序，或者是利用其他软件提供的**函数功能**，这个时候，我们就必须要在编译过程中将该函数库加进去，如此一来，编译器就可以将所有的程序代码与函数库做一个链接，以生成正确的执行文件。

### **4.1 什么是库?** ###

上面提到了库和库函数的概念。举个简单例子：大家在最开始学习C语言的时候，一定用过`printf`函数，来向显示器上打印一串字符，当时我们只知道，只要在我们代码的开头写上一句`#include <stdio.h>`，printf就能使用了。现在我们知道`stdio.h`是一个头文件，里面放的都是一些声明，因为这个头文件里有`printf`函数的声明，所以包上它后，我们就能去使用printf这个函数。printf的具体实现方法其实是放在库中的，可以这么说：**库给我们提供方法的实现，库其实就是把源文件，经过一定的翻译，然后打包，只给用户提供一个文件，不用给我们提供太多的源文件，也可以达到隐藏源文件的目的**，同时，库也避免了程序员自己去造轮子。所以这里的printf就是我们所说的库函数。链接阶段就是把我们写的源代码编译得到的目标文件与库进行链接，因为我们用的是C语言，所以默认链接的是C语言标准库。**库本质上是一个文件，存在系统的特定目录下**。绝大多数的函数库都放在`/usr/lib`、`/lib`目录下。  
![在这里插入图片描述][0554904643734ba7a58c4f69ee2c9eb9.png_pic_Center]  
 上图展示的`libc.so.6`就是C语言的标准库。

### **4.2 库的分类** ###

库分为两类：**动态库**和**静态库**。其中Linux环境下，动态库的后缀是`.so`，静态库的后缀是`.a`。在Windows环境下，动态库的后缀是`.dll`，静态库的后缀是`.lib`。所有的库文件，都遵守相同的命名规则，即：`libname.后缀.xxx`。  
**小Tips**：gcc编译器会默认找到C的标准库，它会把我们写的源代码经过编译得到的目标文件与库文件进行链接。这也是为什么gcc不能去编译C++的源文件，因为gcc默认找的是C的标准库，它找不到C++的库。

### **4.3 目标文件和库是如何链接的？** ###

总体上，链接分为两类：**动态链接**和**静态链接**。

#### **4.3.1 动态链接** ####

将目标文件与**动态库**进行链接，就叫做**动态链接**。动态库就像是一个网吧，任何人想上网了，都可以去到这个网吧里。即：**动态库是被所有程序所共享的，一般也被叫做共享库**。这意味着，动态库只需要一个就够了，它可以满足所有程序的需求。  
 动态库共享的特点，导致**动态库不能丢失**，就像网吧被查封了，人们就不能去上网一样。一旦对应的动态库丢失，影响的不只是一个程序，可能会导致多个程序都无法正常运行。

*  指令`ldd 可执行程序`，可以查看一个可执行程序所依赖的动态库。

![在这里插入图片描述][0e670520cfab4b16a8f321257d9bfbbf.png_pic_center]  
 Linux中，编译形成可执行程序，优先采用动态链接。

#### **4.3.2 静态链接** ####

将目标文件与**静态库**进行链接，就叫做**静态链接**。静态库就像电脑商城，当有人有上网需求时，会到电脑商城去买一台专属的电脑，只供自己使用。**在编译器使用静态库进行静态链接的时候，会将自己的方法拷贝到目标程序中，该程序以后不再依赖静态库**。

*  `gcc test.c -o mytest-static -static`
 *  其中`-static`表示执行静态链接，前提是有静态库。
 *  `yum install -y glibc-static`：安装C静态库

![在这里插入图片描述][aced1fdc0e5b4447b8d898cde5d35523.png_pic_center]  
 **gcc默认优先使用动态库**，如果我们没有动态库，只有静态库，也是可以的，`-static`的本质就是改变优先级。链接的过程，不一定是纯的全是动态链接或者静态链接，二者可以同时出现，但是如果加了`-static`选项，那么会把所有的链接都变成静态链接。

*  `file mytest`：查看mytest这个可执行程序采用的是什么链接。

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### **4.4 动静态链接的优缺点对比** ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center"></th> 
   <th align="center">优点</th> 
   <th align="center">缺点</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center"><strong>动态库</strong></td> 
   <td align="center">有效的节省资源（磁盘空间、内存空间、网络空间等）</td> 
   <td align="center">一旦缺失，所有程序都无法运行</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center"><strong>静态库</strong></td> 
   <td align="center">不依赖库，编译成功的可执行程序，可以独立执行，不需要再向外部要求读取库函数中的内容</td> 
   <td align="center">体积大，比较消耗资源</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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## **五、Debug&&release** ##

**Debug**是开发者模式，而用户最终使用的是**release**。Debug模式下的代码，可以被追踪、调试，因为在Debug模式下形成的可执行程序，里面添加了debug信息。这意味着，以Debug模式下得到的可执行程序，一定比release模式下得到的可执行程序要大。  
 gcc编译器，默认是以release的模式编译得到可执行程序，要在Debug模式下，编译得到可执行程序，需要加`-g`选项，如下：

*  `gcc test.c -o mytest-Debug -g`

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*  `readelf -S mytest`：把对应的可执行程序以段的形式读取出来。
 *  `readelf -S mytest-Debug | grep debug`：筛选出与Debug有关的段。

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今天的分享到这里就结束啦！如果觉得文章还不错的话，可以三连支持一下，您的支持就是春人前进的动力！  
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