【Linux】环境基础开发工具的使用之gcc详解(二)

前言：上一篇文章中我们讲解了Linux下的vim和yum的工具的使用，今天我们将在上一次的基础上进一步的讲解开放工具的时候。

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Linux基础开发工具的使用

Linux编译器-gcc/g++使用

GCC概念:GCC（GNU Compiler Collection）是一套开源的编程语言编译器工具，由 GNU 项目开发并发布。它是一种跨平台工具，支持多种编程语言，包括C、C++、Objective-C、Fortran、Ada等。GCC不仅仅是一个编译器，而是一个完整的编译器套件，提供了编译、链接、优化等多个功能。G++ 是 GCC 的 C++ 版本，它是 GCC 中专门用于编译和链接 C++ 代码的工具。除了支持 C++ 语言的编译和链接外，G++ 也能够兼容 C 语言代码的编译。

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gcc与g++安装

sudo yum install -y gcc
sudo yum install -y gcc-c++ libstdc++-devel

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gcc程序产生的过程

在学习C语言阶段我们可以知道：C语言程序从源代码到可执行程序的产生过程可以分为四个阶段：预处理、编译、汇编和链接。

1. 预处理阶段：预处理器会处理源代码中的预处理指令，如宏定义、条件编译等。预处理器根据指令将源代码中的宏替换为具体的代码，删除注释，根据条件编译指令决定哪些代码应该被编译。预处理后的代码通常还会生成一个扩展名为 .i 的文件。

2. 编译阶段：编译器将预处理后的代码转换为汇编语言代码。编译器将 C 语言的代码翻译为机器指令，生成一个扩展名为 .s 的汇编语言文件。

3. 汇编阶段：汇编器将汇编语言代码翻译为机器码。它会将汇编语言代码转化为可执行文件中的机器指令，生成一个扩展名为 .o 的目标文件。

4. 链接阶段：链接器将所有的目标文件（.o 文件）和需要的库文件进行链接，生成最终的可执行程序。链接器会解析目标文件中的符号引用，解析库文件中的函数和变量，并将它们合并到最终的可执行文件中，生成一个扩展名为 .exe（Windows）或没有扩展名的可执行文件。

以上四个阶段是编译过程中的基本步骤，每个阶段都有对应的工具和命令来完成。通常情况下，编译器会自动将这四个步骤组织起来，完成整个编译过程，从源代码到可执行程序的生成。
通常 gcc 命令后面不加选项的话，就会默认执行预处理、编译、汇编、链接所有步骤，若程序没有错误的话，我们就可以得到一个可执行文件，默认为 a.out（如下图）

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gcc的用法

在使用gcc命令进行编译时，可以使用不同的参数来指定只进行编译或者只进行预处理等。

1. 要只进行预处理，可以使用"-E"参数，如下所示

gcc -E file.c #这将只进行预处理，并将预处理结果输出到标准输出。不会进行编译和链接

2. 要只进行编译，可以使用"-c"参数，如下所示

gcc -S file.c #对文件进行编译而不进行汇编

3. 使用GCC编译器只生成汇编代码可以通过以下步骤实现

gcc -c filename.c #对文件只进行汇编

4. 确保已经进行了编译步骤，生成了目标文件（.o文件）输入以下命令进行链接

gcc -o output_file target.o
#其中，output_file是要生成的可执行文件的名称
#target.o是要链接的目标文件的名称。

5. gcc直接进行编译程序

gcc filename.c -o output
#这个命令会将名为filename.c的C源文件编译成可执行文件
#并将可执行文件命名为output

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逐过程讲解

预处理阶段

在预处理阶段：预处理器会处理源代码中的预处理指令，如宏定义、条件编译等。预处理器根据指令将源代码中的宏替换为具体的代码，删除注释，根据条件编译指令决定哪些代码应该被编译。预处理后的代码通常还会生成一个扩展名为 .i 的文件。
gcc执行命令:gcc -E test.c -o test.i (对名为test.c的文件进行预处理，然后生成叫test.i的文件)

[wei@centos7 ~]$ touch test.c
[wei@centos7 ~]$ vim test.c #编辑文件
[wei@centos7 ~]$ gcc -E test.c -o test.i #对文件进行预处理
[wei@centos7 ~]$ ll #查看生成的文件
total 24
-rw-rw-r-- 1 wei wei   310 Feb  2 10:40 test.c
-rw-rw-r-- 1 wei wei 16967 Feb  2 10:40 test.i

例如，我们现在写了这样的一个【test.c】的文件：

  1 #include<stdio.h>                                                                    2 #define MAX 1000                                                                   3                                                                                      4 int main()                                                                           5 {                                                                                                                       6   printf("hello gcc\n");                                                                                    7   printf("hello gcc\n");                                                           8   printf("hello gcc\n");                                                                                    9   printf("hello gcc\n");                                                                              10   int m = MAX;                                                                       11   //  printf("hello world\n");                                                                                                                                             12   //  printf("hello world\n");                                                                                                                    13   //  printf("hello world\n");                                                  14   //  printf("hello world\n");                                                                                    15   //  printf("hello world\n");                                                        16   //  printf("hello world\n");                                                        17    return 0;                                                    18   }                                                                                                                                           

经过刚刚的命令，我们来查看一下生成的预处理阶段和源文件，关于预处理的内容这里也就不和大家过多的探讨了，想了解的可以看我之前C语言的专栏里面有讲解

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编译阶段

编译阶段：编译器将预处理后的代码转换为汇编语言代码。编译器将 C 语言的代码翻译为机器指令，生成一个扩展名为.s 的汇编语言文件。
gcc执行命令: gcc -S test.i -o test.s （对文件test.i进行编译并命名为test.s）

[wei@centos7 ~]$ gcc -S test.i -o test.s #对文件进行编译
[wei@centos7 ~]$ ll//查看文件
total 28
-rw-rw-r-- 1 wei wei   310 Feb  2 10:56 test.c
-rw-rw-r-- 1 wei wei 16967 Feb  2 10:56 test.i
-rw-rw-r-- 1 wei wei   566 Feb  2 10:57 test.s
[wei@centos7 ~]$ vim test.s //查看编译文件

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汇编阶段

汇编阶段:汇编器将汇编语言代码翻译为机器码。它会将汇编语言代码转化为可执行文件中的机器指令，生成一个扩展名为 .o 的目标文件。
gcc执行命令：gcc -c test.s -o test.o (对文件test.s进行汇编并且对汇编生成的文件命名为test.o)

[wei@centos7 ~]$ gcc -c test.s -o test.o #进行汇编
[wei@centos7 ~]$ ll #查看文件
total 32
-rw-rw-r-- 1 wei wei   310 Feb  2 10:56 test.c
-rw-rw-r-- 1 wei wei 16967 Feb  2 10:56 test.i
-rw-rw-r-- 1 wei wei  1680 Feb  2 11:10 test.o
-rw-rw-r-- 1 wei wei   566 Feb  2 11:09 test.s
[wei@centos7 ~]$ vim test.o //查看汇编文件

这里强调一下此时生成的是一个二进制文件，无论我们有没有权限执行这个文件，最终都是无法直接执行的

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链接阶段

链接阶段：链接器将所有的目标文件（.o 文件）和需要的库文件进行链接，生成最终的可执行程序。链接器会解析目标文件中的符号引用，解析库文件中的函数和变量，并将它们合并到最终的可执行文件中，生成一个扩展名为 .exe（Windows）或没有扩展名的可执行文件。
gcc执行命令：gcc test.o -o test (对文件test.s进行链接，并命名一个叫test的可执行文件)

[wei@centos7 ~]$ gcc test.o -o test #对文件进行链接并生成一个叫test的可执行文件
[wei@centos7 ~]$ ll
total 44
-rwxrwxr-x 1 wei wei  8360 Feb  2 11:19 test
-rw-rw-r-- 1 wei wei   310 Feb  2 10:56 test.c
-rw-rw-r-- 1 wei wei 16967 Feb  2 10:56 test.i
-rw-rw-r-- 1 wei wei  1681 Feb  2 11:17 test.o
-rw-rw-r-- 1 wei wei   566 Feb  2 11:11 test.s
[wei@centos7 ~]$ ./test #执行文件
hello gcc
hello gcc
hello gcc
hello gcc

当然了这里，如果我们不使用-o选项来指定文件生成的名字时，生成的默认文件的名字就是a.out，这里我们依然和上面保持一致，自己来命名生成的文件的名称(test)。

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动态库与静态库

在Linux系统中，可以使用动态库和静态库来组织和共享代码。

动态库（Dynamic Library）是一种在运行时加载的共享库，它包含编译后的代码和数据，可以被多个程序共享使用。每个程序使用动态库时，都不需要将其完整拷贝到自己的内存空间中，而是通过内存映射的方式共享。动态库的文件扩展名通常为.so（Shared Object）。

静态库（Static Library）是一种在编译时被链接到程序中的库，它包含了编译后的代码和数据，每个程序在编译时会将静态库的副本嵌入到自己的可执行文件中。因此，每个程序运行时都有自己独立的静态库副本。静态库的文件扩展名通常为.a（Archive）。

使用动态库的好处是可以实现代码的共享和模块化管理，使得程序的执行效率更高和占用更少的磁盘空间。同时，如果动态库的代码发生更新或修复，只需要替换动态库文件而无需重新编译程序。

使用静态库的好处是在程序的编译时可以确保静态库的一致性，不受其它因素影响。另外，静态库在编译时会被完整地嵌入到程序中，因此可以避免对外部环境的依赖。

在Linux系统中，可以使用gcc编译器来编译和链接程序，使用以下选项来链接动态库和静态库：

链接动态库：使用-l选项加上库名来链接动态库，例如-lm表示链接数学库。

gcc -o program program.c -lm  #program.c是程序的源代码文件，
#-o选项指定生成的可执行文件名，-lm表示链接数学库

链接静态库：使用-L选项加上库的路径来指定静态库的位置，使用-l选项来指定库名。

gcc -o program program.c -L/path/to/library -lmylibrary 
#L选项指定静态库的路径，-l选项指定静态库的名称

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动态库和静态库在使用过程中各有优缺点，下面是它们的主要特点：

动态库的优点：

1. 节省内存：多个程序可以共享同一个动态库，不需要将动态库的完整副本加载到内存中，节省了内存空间。
2. 易于更新和维护：如果动态库的代码有更新或修复，只需替换动态库文件，不需要重新编译依赖它的程序。
3. 动态加载：动态库在程序运行时加载，可以根据需要进行加载和卸载，灵活性更高。
4. 共享性：动态库可以被多个程序共享使用，提高了代码复用性和模块化管理。

动态库的缺点：

1. 可执行文件与动态库有依赖关系：在运行程序之前，必须保证系统中存在相应的动态库，否则会出现运行错误。
2. 运行时开销：动态库的加载和链接会在程序运行时产生一定的开销，对于性能要求较高的程序可以考虑使用静态库。

静态库的优点：

1. 独立性：静态库在编译时被完整嵌入到可执行文件中，无需对外部环境有依赖，保证了程序的独立性。
2. 性能提升：由于静态库在编译时被完整的嵌入到可执行文件中，因此在运行时不需要加载和链接，可提高程序的运行效率。
3. 稳定性：静态库在编译时就已经固定，不会受到外部环境或动态库的影响，保证了程序的稳定性。

静态库的缺点：

1. 内存占用：每个使用静态库的可执行文件都需嵌入静态库的副本，会占用更多的内存空间。
2. 更新和维护困难：如果静态库的代码有改动，需要重新编译依赖它的程序，并重新分发更新的程序。

根据具体的需求和场景，可以综合考虑动态库和静态库的优缺点来选择合适的库。在一般情况下，动态库适合用于代码的共享和更新，对内存占用和执行效率有一定要求；静态库适合用于确保库的独立性和稳定性，对内存占用和执行效率有较高要求的情况。
注：Linux默认使用的是动态链接和动态库

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如果大家没有安装动态库和静态库的话可以使用下面的代码安装：
动态库：sudo yum install -y glibc-static
静态库：sudo yum install -y libstdc++-static

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好啦，今天的内容就到这里啦，下期内容预告gdb、make/makefile、进度条的讲解

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结语：今天的内容就到这里吧，谢谢各位的观看，如果有讲的不好的地方也请各位多多指出，作者每一条评论都会读的，谢谢各位。

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🌏🗺️ 这里祝各位寒假愉快 💞💞