gcc/g++使用

gcc概述

gcc 是 GNU Compiler Collection（GNU 编译器集合）的缩写。它是一套用于编译多种编程语言的编译器，包括 C、C++、Objective-C、Fortran 等。
gcc 具有以下一些重要特点和优势：

1. 高度的可移植性：可以在多种操作系统和硬件平台上运行。
2. 强大的优化能力：能够生成高效的机器代码。
3. 丰富的编译选项：允许开发者对编译过程进行精细的控制。
   gcc是GCC中的C语言编译器，而g++是GCC中的C++编译器。这里讲解gcc的使用，而g++的语法和选项与gcc都是一致的。
   gcc编译C语言的基本步骤：
4. 先使用vim指令，在插入模式下写一段C语言代码，写完保存文件并退出
5. 编译C语言。语法：gcc 文件名
6. 运行代码。./a.out，如果不加任何信息，默认情况下生成的可执行文件名是a.out。如果你想要编译的同时，指定编译后生成文件的名称，就加上-o选项，后紧跟着编译后文件的名称：gcc 文件名 -o 指定文件名
   下面我将演示一下这个过程：
   

编译C语言要经过4个过程，由编译和链接两个⼤的过程组成的，⽽编译⼜可以分解成：预处理（有些书也叫预编译）、编译、汇编三个过程。

⼀个C语⾔的项⽬中可能有多个 .c ⽂件⼀起构建，那多个 .c ⽂件如何⽣成可执⾏程序呢？

• 多个.c⽂件单独经过编译出编译处理⽣产对应的⽬标⽂件。
• 注：在Windows环境下的⽬标⽂件的后缀是 .obj ，Linux环境下⽬标⽂件的后缀是 .o
• 多个⽬标⽂件和链接库⼀起经过链接器处理⽣成最终的可执⾏程序。
• 链接库是指运⾏时库(它是⽀持程序运⾏的基本函数集合)或者第三⽅库。
  如果再把编译器展开成3个过程，那就变成了下⾯的过程：
  

对C语言翻译的过程有了一定了解后，我们来深入学习这4个过程

预处理

预处理过程主要包含4个工作：去注释、头文件展开、条件编译和宏替换。
预处理指令是以#号开头的代码行。语法：gcc –E test.c –o test.i。这条指令的意思是告诉gcc，从现在开始进行程序的翻译，不要往后走了。

• 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
  这里我们经过处理后的文件改成test.i，一般而言经过预处理的文件都以.i为后缀。
  

左侧是test.i文件，右侧是源文件。
我们可以看到，经过预处理后，左侧的代码变成了800多行，并把注释删除了，也完成了宏替换。而这800多行代码就是头文件<stdio.h>的展开
总结预处理的处理规则：

• 将所有的 #define 删除，并展开所有的宏定义。
• 处理所有的条件编译指令，如： #if、#ifdef、#elif、#else、#endif 。
• 处理#include 预编译指令，将包含的头⽂件的内容插⼊到该预编译指令的位置。这个过程是递归进⾏的，也就是说被包含的头⽂件也可能包含其他⽂件。
• 删除所有的注释
• 添加⾏号和⽂件名标识，⽅便后续编译器⽣成调试信息等。
• 或保留所有的#pragma的编译器指令，编译器后续会使⽤。

编译（生成汇编）

编译过程就是将预处理后的⽂件进⾏⼀系列的：词法分析、语法分析、语义分析及优化，⽣成相应的汇编代码⽂件。

• 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。
• 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,生成汇编代码。
  编译过程指令：gcc -S test.i -o test.s。该阶段的文件，一般以.s结尾。
  

这时已经变成汇编语言的文件了。

汇编（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。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
指令：gcc -c test.s -o test.o
生成的文件test.o表示的是可重定位目标二进制文件，简称目标文件(.o)，这时虽然已经是二进制了，但是需要经过链接才能执行。一般而言，该阶段的文件以.o或者.obj结尾。在Linux中习惯用.o，在Windows中习惯用.obj。

可以看到全是乱码，原因是我用vim编辑器打开的，它不能解析二进制文本文件，所以会出现乱码。

链接（生成可执行文件或库文件）

语法：gcc test.o –o hello
在成功编译之后,就进入了链接阶段。在链接过程中，GCC 会自动处理一些常见的系统标准启动文件和库文件。例如，crt1.o、crti.o、crtbegin.o、crtend.o、crtn.o 是 GCC 加入的系统标准启动文件，对于一般应用程序，这些启动文件是必需的。而 -lc 选项用于链接标准 C 库（libc），因为像 printf 等函数就是在标准 C 库中实现的。如果使用 -nostdlib 选项（常用于裸机/bootloader、Linux 内核等程序），则不会链接系统标准启动文件和标准库文件，链接会失败，因为这些程序通常不需要完整的标准库和启动文件。

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。
Linux中C语言标准库：

其中.so表示的是动态库，.a表示的是静态库，命名规则是libname.so.xxx，后面的.xxx是版本号。
我们可以通过ldd指令来查看一个可执行文件链接了那些库：ldd test.exe。Windows中文件的类型常用后缀来看，而在Linux中文件后缀基本没用，这里起的名字只是因为我们经常用Windows系统，已经对Windows很熟悉了，这样比较容易分辨文件类型。

图片中指明了一些库在系统中的路径。也就是说我们的很多头文件，都已经早早地在Linux中下载好了，因此我们可以在Linux上运行C语言代码。我们可以在Linux系统中查看有哪些头文件。

函数库一般分为2种：动态库和静态库
动态库（共享库）：

• 特点：
  • 代码共享：多个程序可以同时使用同一个动态库，节省内存空间。
  • 灵活性：动态库的更新不要求重新编译使用它的程序。
  • 较小的可执行文件：因为可执行文件不需要包含库的代码，所以生成的可执行文件相对较小。
• 示例：例如，libc.so 是标准 C 库的动态库。
• 加载方式：程序在运行时动态加载所需的动态库。
• 缺点：动态库一旦缺失，会导致各个程序都无法运行。
  静态库：
• 特点：
  • 独立性：静态库被链接到可执行文件中，生成的可执行文件不依赖外部的库文件。
  • 稳定性：不受动态库版本更新和位置变化的影响。
• 示例：比如，libc.a 是标准 C 库的静态库。
• 加载方式：在程序编译时，库的代码被直接复制到可执行文件中。
• 缺点较大的可执行文件：由于包含了库的代码，可执行文件可能较大。
  如果使用动态库，那么在不同的机器上运行时，只要系统中有正确的动态库并且路径设置正确，程序就能运行；而如果使用静态库，生成的可执行文件可以在任何兼容的系统上直接运行，无需担心库的存在与否，但可执行文件的大小可能会明显增大。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。
  通过动态库实现的链接，叫做动态链接，通过静态库实现的链接叫做静态链接。
  如果我们想生成使用静态链接的方式生成一个文件，那么需要加上-static的选项。如果没有安装过静态库的小伙伴们，是无法执行该指令的，这是因为Linux默认不安装静态库，需要手动安装，现在我们先来按照一下。
  指令：yum install -y glibc-static libstdc++-static。该指令需要root权限，要么sudo，要么以root身份执行。C语言的静态库是glibc-static。安装好之后看下面这张图片
  

我们发现使用静态链接的方式，文件大小变得很大，因为静态库会把库的代码直接复制到可执行文件当中。使用ldd指令：

告诉你这不是一个动态链接的可执行文件。