Linux工具学习之【gcc/g++】

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📘前言

书接上文，我们已经学习了 Linux 中的编辑器 vim 的相关使用方法，现在已经能直接在 Linux 中编写C/C++代码，有了代码之后就要尝试去编译并运行它，此时就可以学习一下 Linux 中的编译器 gcc/g++ 了，我们一般使用 gcc 编译C语言，g++ 编译C++（当然 g++ 也可编译C语言），这两个编译器我们可以当作一个来学习，因为它们的命令选项都是通用的，只是编译对象不同。除了编译器相关介绍外，本文还会库、自动化构建工具、提权等知识，一起来看看吧

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📘正文

📖gcc/g++ 命令

在接下来的学习中，我们以 gcc 为例，因为两者选项都是通用的，所以也就相当于间接学习了 g++ ，这个编译器上手还是很简单的，选项也不是很多

注意： 如果命令失效，很有可能是没有下载 gcc/g++ ，需要自行下载安装 gcc 与 g++

📃-o 目标文件

gcc 源文件 默认会将代码编译链接并生成可执行文件 a.out ，当然前提是代码没问题，所以这样看来编译一个文件还是很简单的

$ gcc 源文件	//直接编译源文件，生成默认可执行文件为 a.out

可能有的人不想让它生成默认的 a.out ，想生成为指定文件，没有问题，直接通过 -o 选项就能实现
注意：-o 选项后面必须紧跟生成的目标文件，这个选项可以放在源文件后面，也可以放在前面

$ gcc test.c -o OK	//编译生成文件为 OK
$ gcc -o OK test.c	//这种写法也是可以的

在我们使用 gcc/g++ 时，都可以通过 -o 选项生成指定文件

📃-E 预处理

在C语言学习阶段，我们学习了源文件变成可执行文件的过程，即预处理-编译-汇编-链接，当时因为没有学习Linux，没法很好的展示各个环节的现象，今天可以来详细看看

首先是第一步：预处理，又称预编译

• 会进行头文件展开、删除注释、替换宏、执行条件编译等操作
• 目的是生成一个纯粹的C代码程序
• 经过预处理后的文件后缀为 .i

我们可以直接通过 gcc 中的 -E 命令，使编译器在执行完预处理后停下来，配合 -o 生成指定文件，这样我们就可以观察到上面所提到的这些现象了

$ gcc -E test.c -o test.i	//预处理后的文件后缀为 .i 此时仍然是C语言

预处理就像是过滤，会把代码进行检查删除，留下纯粹的C代码，方便后续进行转换

📃-S 编译

下面进入第二个步骤：编译

• 进行语法分析、词法分析、语义分析、符号汇总等，然后将合法的代码转为汇编代码
• 编译目的是生成汇编代码
• 编译后生成的文件后缀为 .s

编译阶段比较重要的一步就是符号汇总，它会各种符号汇总起来，方便后续符号表的形成，符号表用于各种函数间的相互调用

我们可以通过 -S 选项，使 gcc 在执行完编译阶段后就停下来，配合 -o 生成文件 test.s

$ gcc -S test.c -o test.s	//可以直接从 test.c 开始执行，也可以从上一步中的 test.i 执行

📃-c 汇编

接下来进入第三步：汇编

• 主要任务是将汇编代码转为二进制，并生成符号表
• 二进制文件的格式是 elf ，此时 vim 查看为乱码
• 生成的文件后缀为 .o

因为计算机只能看懂二进制，所以将代码转为二进制是必须进行的操作，除此之外，还有一个重要步骤：生成符号表

关于符号表

• 这个东西相当于函数独一无二的地址，在Linux 中，C语言的符号表比较简单，通常是 _函数名，比如 _Add ；C++更详细一些，通常为 _Z函数名长度+函数名+参数1+参数2 ，比如常见的 Add 函数，生成的符号表为 _Z3Addii ，这里的参数是两个整型，这也是C++支持重载，而C语言不支持重载的根本原因，毕竟C语言中两个重名的函数生成的符号表是完全一样的，区分不了

可以通过 -c 选项使 gcc 在执行完汇编阶段后就停下来，指定保存文件为 test.o

查看生成的 test.o 文件，可以用 readelf 这个工具，缺失的可以去下载

$ gcc -c test.c -o test.o	//从源文件重新开始编译，生成 test.o 二进制文件
$ gcc -c test.s -o test.o	//从上一步中生成的 test.s 文件开始编译，两者效果是一样的

//关于查看 elf 格式的文件
$ readelf -a test.o	//可以通过软件，观察到符号表等信息

📃gcc 链接

下面是最后一步：链接

• 进行合并段表、将符号表进行合并和重定位等
• 将程序运行所需的各种函数链接起来，包括与库函数的链接，Linux 中一般是动态链接，链接后生成可执行文件，此时的文件也是 elf 的格式
• gcc 默认生成的可执行文件为 a.out，我们可以指定生成任意文件

$ gcc test.c -o myfile	//生成可执行文件为 myfile
$ gcc test.o -o myfile	//继上一次生成的二进制文件执行链接，也是没有问题的

以上就是本文关于 gcc/g++ 的全部内容了

📃小结

关于各个命令选项可以巧记为 ESc 这是键盘上的一个键，忘记了可以看看
还有各个选项对应生成的文件后缀为 iso

下面还会介绍程序相关链接情况

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📖库

众所周知，每种编程语言都有属于自己的库，比如我们C语言中的 stdio 、string、stdlib 等等标准库，当我们程序在调用库函数时，就是在调用标准库中的函数，而这些标准库都在 /usr/include 这个目录中，这个文件就是 Linux 中的C语言动态库；除了 动态库 外还有 静态库

📃动态库

动态库 即通过 动态链接 的库，动态库 又称 共享库，因为 动态库 中的内容是被所有程序共享的，简言之 动态库 中的代码只需要存在一份，程序需要使用时，直接通过对应位置调用就行了

Linux 中默认使用 动态链接 的方式，我们可以通过指令 ldd 最终生成的文件 来查看最终生成文件的链接情况

$ ldd 最终生成的文件	//查看文件的链接情况

libXXX.so 是动态链接的标志

• 其中 lib 是前缀
• .so 是后缀
• 去掉前缀与后缀，就是最终调用的库

举例：libc.so 去掉前缀与后缀，最终为 c ，可以看出文件最终调用的是C语言共享库，即 动态链接

动态链接 主要依赖不同函数在库中的位置信息进行调用，只有一份代码库，比较节省空间

我们还可以通过 file 命令查看文件详细信息

$ file 最终生成的文件	//查看文件的详细情况

这也验证了 Linux 默认使用 动态链接 的现象

类比记忆

• 动态库 就像是网吧(假设只有一家)，那么全校的同学都可以去网吧中上网，还可以根据自己的喜好选择自己喜欢的机位，当然前提是你知道在哪个位置

📃静态库

除了 动态库 外，还有 静态库 ，采用 静态链接 的方式；静态链接 不同与 动态链接 共享的方式，如果程序调用 静态库 ，会将自己所需要的代码 拷贝至程序中 ，完成拷贝后，后续不需要再调用 静态库

如果想采用 静态链接 链接的方式编译程序，需要在编译时加上 -static 选项，当然前提是得有 静态库，没有的可以通过 yum install -y glibc-static 下载 静态库

当然我们也可以通过 ldd 最终生成的文件 查看是否为 静态链接

$ yum install -y glibc-static	//下载静态库
$ gcc test.c -o myfile-static -static	//采取静态链接的方式编译程序
$ ldd 最终生成的文件	//查看文件的链接方式

静态库 命名为 libXXX.a

• lib 是前缀
• .a 是后缀
• 去掉前缀与后缀，就是最终调用的库

我们也可以采用 file 命令查看详细信息

$ file 文件	//查看详细信息

静态链接 因为是直接将需要的代码拷贝到程序中，因此最终生成的文件会变大，比较占空间

因为这种方式很占空间，所以 Linux 中默认使用 动态链接 的方式

类比记忆

• 静态库 就像是把网吧里的电脑，买了一台同款的在自己寝室(调用某个函数)，一台还好，如果买了很多台，寝室自然就没有空间了

📃优劣比对

动态库 和 静态库 各有优缺点，不然也不会同时存在两种库了

小结
动态库

• 优点
  • 可以实现不同进程间的资源共享
  • 对于函数的升级只需要替换动态库文件，不需要重新编译程序
  • 可以控制是否加载动态库，不调用函数时就不加载
• 缺点
  • 需要调用函数，加载速度较慢
  • 程序运行需要依赖动态库

静态库

• 优点
  • 所需函数直接拷贝至程序中，运行速度快
  • 程序运行无需依赖库，便于移植
• 缺点
  • 对于函数的升级，需要重新进行编译
  • 同一份代码可能出现重复拷贝的情况，浪费空间

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📖自动化构建工具

自动化构建工具可以帮助我们完成设置好的指令，指令为 make ，我们可以通过提前设置，实现源文件的快速编译

📃Makefile 文件

要想使用 make 指令，就得先有 Makefile 文件，Makefile 文件中主要编写任务，而任务由 依赖关系 + 依赖方法 构成

1.依赖关系

• 比如源文件为 test.c ，编译后生成的文件为 myfile ，那么两者间的 依赖关系 为 myfile:test.c 这组 依赖关系 我们可以写入 Makefile 文件中

2.依赖方法

• 有了关系后，就要描述具体实现方法，比如上面那组 依赖关系 的 依赖方法 为 gcc test.c -o myfile 将 依赖方法 也写入 Makefile 文件中

完成上面两个内容的编写后，我们就得到了一个基本的自动化任务，输入 make myfile 即可编译 test.c 文件，生成 myfile

$ make myfile	//执行自动化指令，编译 test.c 文件

注意： 同一个自动化任务，执行成功后，如果相关文件最近没有发生改变，那么无法再次执行自动化任务

📃make 指令

上面展示了如何编写 Makefile 文件并执行相关任务，使用了 make file 指令，并没有直接使用 make指令，因为这个指令还是有些说法的

单纯输入 make 指令时，默认执行 Makefile 中的第一个任务，当任务成功执行后，不再继续执行后续任务(一个 Makefile 文件中，可以有多个任务)，由此可见，单纯的 make 指令只会执行第一个自动化任务

当我们编写好 Makefile 文件后，可以通过 make 任务名 调用任务，任务名就是 依赖关系 中的左侧名；也可以直接通过 make 调用第一个任务

📃任务刷新策略

前面说过，同一个方法如果成功执行过，在原文件最近修改时间没有发生变化时，无法再执行任务，这背后的原因是方法是否执行会先判断生成的目标文件是否为最新，如果为最新，就不再执任务

举例：重复执行 make myfile 任务

$ make myfile	//第一次执行任务，成功
$ make myfile	//第二次执行任务，失败，因为源文件最近没有被修改

想要再次执行任务也很简单，对源文件做出修改，或者直接 touch 一下源文件就行了，两种行为都会修改文件的最近修改时间，使源目标文件不是最新时间

📃.PHONY 伪目标

.PHONY 是 Makefile 文件中的一个关键字，意为对某某对象生成伪目标，这样就能在不对源文件进行修改的情况下，重复执行任务了

//Makefile 文件中
.PHONY:myfile

在使用关键字 .PHONY 对目标进行修饰后，可以无视任务刷新策略，重复执行任务了

不过这有什么意义呢？
答：对于这种源文件来说，没有任何意义

.PHONY 这个关键字，一般是用来修饰 clean 任务，即清理解决方案，Makefile 实现为

//Makefile 文件内
.PHONY:clean
clean:
	rm -r myfile

换个角度想想，当我们把生成的原目标文件清理后，再执行任务，生成目标文件是一件很合理的事，也完全符合任务刷新策略

由此来看，.PHONY 也是很有用的

注意： 像 clean: 这种半缺失 依赖方法 是合理的，毕竟清理这个任务也不需要任何对象，只需要单纯的执行删除(清理)指令就行了

📃补充

make 指令的工作原理是去 Makefile 文件中寻找任务执行，它的设计者为了确保普适性，创建 makefile 文件也是合法可用的

也就是说，我们创建 make 指令的任务源文件时，可以创建为 Makefile ，也可以创建为 makeile

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📖sudo 提权

权限，是一个让人又爱又恨的东西，它的安全性固然很重要，但有时候又太麻烦了，当我们普通用户想执行操作时，需要请 root 出马，比如最基本的下载软件指令，感觉有些小题大做了

为了解决这种不合理的现象，Linux 中就有 sudo 提权 这个概念，简单来说，就是暂时借助 root 的身份去完成某条指令

$ sudo yum install -y sl	//暂时提权下载软件

怎么样？感觉很爽吧？
不过普通用户默认是没有赋予提权权限的，还是需要请 root 帮忙配置
步骤如下

• 切换为 root 用户
• 打开 /etc/sudoers 这个文件
• 找到如下图所示区域，将需要提权的普通用户添加进去就行了

//root 身份下
# vim /etc/sudoers	//打开这个配置文件，找到上图区域进行修改就行了

当 提权 配置完成后，普通用户遇到权限拒绝的场景时，只需要 sudo 指令 ，然后输入当前普通用户的密码，就可以暂时借助 root 的身份无视权限完成指令了

注意： sudo 后，输入的是当前普通用户的密码，不需要输入 root 密码，这样就能做到保护 root 的情况下，执行指令了

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📘总结

以上就是关于Linux工具：gcc/g++ 的全部介绍了，gcc/g++ 是一款优秀的编译器，它不仅可以编写C/C++ 代码，得益于强大的 GNU，它可以编写 绝大多数的后端语言代码(当然前端无缘，毕竟全是命令行)；我们还学习了 库 的相关知识，知道了 动态库 与 静态库 的优缺点，还能通过 make 指令执行自动化任务，再配合上 sudo 提权，可以让我们的 Linux 开发效率大大增加

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转载：https://blog.csdn.net/weixin_61437787/article/details/128609666