Linux开发工具 —— 编译器gcc/g++

四、Linux编译器 —— gcc/g++的使用

在此之前，我们可以使用命令 gcc -v 、g++ -v 查看 gcc、g++ 有没有安装：

1、背景知识

我们的 C 代码写完，要变成可执行程序需要四个阶段：

1. 预处理
2. 编译
3. 汇编
4. 链接

为啥不能直接将 C语言转成二进制 ❓

它跟历史有关，早期编程可以认为是电路开关，往后是 0 1 指代，再往后有了汇编语言，在这时计算机就出现了编译器的概念了。比如时间回到 C语言诞生之时，现在有两种方案：要么把 C语言转成汇编，再转二进制；要么把 C语言直接转二进制。在计算机这门学科中永远是站在巨人的肩膀上学习的，把 C语言直接转二进制的成本一定会比把 C语言转成汇编，再转二进制的成本要高的。

注意 gcc 可以编译 C，但不能编译 C++；g++ 可以编译 C、C++。除了 C/C++，Linux 下几乎可以直接在命令行中执行大部分后端语言，比如 python、java 等。

当学完了 vim，那么以后的 C++ 代码、刷题都可以在 Linux 下进行操作，在刷题时，大部分的后端判题的系统都是 Linux，所以有时你会发现在做题时，在 VS 下是对的，提交却是错的，除了测试用例不全面，也有可以代码中包含了 windows 相关内容，如 windows.h 的头文件。

2、gcc如何完成

格式： gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]

💦 预处理(进行宏替换等)

1. 预处理功能主要包括头文件展开、条件编译、去掉注释、宏替换等
2. 预处理指令是以 # 号开头的代码行
3. 实例：gcc –E test.c –o test.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” 文件为已经经过预处理的干净的 C 原始程序

💨test.c

💨test.i

💦 编译(生成汇编)

1. 在这个阶段中 gcc 首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等，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

2. 用户可以使用 “-S” 选项来进行查看，该选项只进行编译而不进行汇编，其中生成的 “.s” 文件就是汇编语言

3. 实例: gcc –S test.i -o test.s

💨test.s

虽然我们不学汇编，但至少得大概认识

💦 汇编(生成机器可识别代码)

1. 汇编阶段是把编译阶段生成的 “.s” 文件转成目标文件
2. 读者在此可使用选项 “-c” 就可以看到汇编代码已经转换为 “.o” 的二进制目标文件了
3. 实例: gcc –c test.s -o test.o

💨test.o

💦 链接(生成可执行文件或库文件)

1. 在成功编译之后就进入了链接阶段
2. 实例：gcc test.o -o mytest

💨执行 mytest

在本文中重点还要学习链接的过程，也就是下面动态库和静态库的概念。

💦 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，所以生成的文件比较小，但是需要系统调动态库
-O0
-O1
-O2
-O3 编译器优化选项的 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

💦 gcc选项记忆

为了方便记忆，我们可以看看键盘的左上角的 Esc 键，它刚好对应我们的 -E、-S、-c 选项；而生成的文件的后缀刚好对应镜象文件的后缀 .iso。

💦 函数库

我们的 C 程序中，并没有定义 “printf” 的函数实现，并且我们发现在预处理中包含的 “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 ❓

原因是：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。

💦 静态库和动态库

1. 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”。
2. 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，如后所示。 gcc hello.o –o hello。Linux 下编译好一个程序，默认情况下是属于动态链接形成的可执行程序
   
   ldd 命令查看 mytest 所依赖的库；file 辨别 mytest 的类型。

📝小故事助理解

一般我们写的程序中，大部分都是动态链接，因为动态链接中不需要把库中的内容过多的拷贝，所以相对而言，它的编译效率较高，这是其一；其二，有时候我们下一些软件，比如 VS2017，它上面会有一些组件 C++、C# 等，这些组件并没有在你的硬盘中，而当你要安装时，它会帮你找到这些组件下载，这样有个好处就是咱需要啥就下啥，而不是直接一堆东西装在机器上，而自己需要使用的组件寥寥无几，所以这里就使用动态库的方式实现。一般在服务器上大部分也都是动态链接，不过有时需要将服务在很多机器上部署，那么单纯的动态链接有可能会出问题，因为动态链接是在程序运行之后才去对应加载到内存中，万一有一个库丢失了，那么程序就挂了。所以有时候一些程序它也会采用静态链接，它的好处就是它不依赖任何的动态库，坏处也很明显，效率低。比如静态链接的大小是动态链接的一百倍，要把静态链接这个程序下下来，只能全部下下来，而动态链接是边下边用。总的来说，它俩各有利弊。

比如你是一个新入学的大一新生，你在写作业，突然有了一个上网的需求，因为环境不熟悉，所以问了学长附近的网吧，随后就去玩了一个钟，接着回来继续写作业，这叫动态链接，它生成的可执行程序只包含你的代码及你要使用外部函数的链接。

后来大三了，要准备找工作了，家里给买了台电脑，当你正在学习时，你想上网，就不用去网吧了，只需要打开自己的电 脑玩个一个钟后又继续学习，也就是说静态链接，并没有和外界产生关联。所以静态链接本质就是将库里的代码拷贝到自己的可执行程序里。

📝小结

动态链接的生成的可执行程序的体积往往比较小，但是它依赖第三方库，有一定的风险，万一网吧被查封了。

静态链接虽然生成的可执行程序的体积较大，但是它不依赖第三方库，你有自己的电脑，网吧被查封了，照样可以玩，就是开学、放寒暑假不方便。

动态链接改静态链接 ❓

注意在新版本的 Linux 系统下一般都不会安装 libc.a，只会安装 libc.so，所以就使用不了 -static，解决方法就是安装 glibc-static

sudo yum install glibc-static

可以看到光是一个简单的程序，静态链接的大小就比动态链接高出 100 倍以上。最后关于动静态库的更多细节在后面的学习中会慢慢摸索。