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gcc编译与Linux下的库

article 2024/9/22 7:35:13

gcc与g++编译

GCC：GCC是一个由GNU项目开发的多平台编译器，最初是为C语言设计的编译器，但随着时间的发展，它已经扩展到支持多种编程语言。它支持多种编程语言，包括C、C++、Objective-C、Fortran、Ada和Go等。GCC是自由软件，遵循GNU通用公共许可证（GPL）发布。
G++：是GCC的一个部分，专门用于编译C++程序。G++实际上是GCC的一个前端，它使用相同的后端来生成机器代码。在很多系统中，g++ 命令实际上是一个指向 gcc 的符号链接，但它们在处理C++特有的特性时会有所不同。
GNU：是“GNU's Not Unix”的缩写，是一个由理查德·斯托曼（Richard Stallman）发起的自由软件项目，旨在创建一个完全自由的操作系统，包括操作系统的所有组件。GNU项目开发了许多重要的自由软件，如GCC、Emacs编辑器、Bash shell、GDB调试器等。

GCC和G++都是GNU项目的一部分，它们是GNU工具链中的核心组件，用于编译和链接程序。GNU工具链还包括其他工具，如链接器（ld）、库（如glibc）、调试器（如GDB）等，这些都是构建和运行程序所必需的。

预处理：

编译器对各种预处理命令进行处理，包括对头文件的包含、宏定义的扩展、条件编译的选择。（总结的将就是对#语句的扩展处理）。

//现有文件test.c
//在命令行下输入gcc预处理命令
gcc -E test.c -o test.i

选项“-E”告诉gcc只进行预处理；“test.c”为C源程序文件；“-o”用于指定要生成的结果文件，后面跟的就是结果文件名字；这里输出的预处理结果文件为test.i。

编译

编译器对高级语言源程序进行语法分析、词法分析和语义分析，然后根据分析的结果进行代码优化和存储分配，最终把高级语言程序翻译成汇编语言程序。

gcc对源程序文件编译后生成的汇编文件是.s文件。我们可对上边的 test.i进行编译：

gcc -S test.i -o test.s

也可以直接对c源程序文件进行编译：

gcc -S test.c -o test.s

选项“-S”告诉只进行到编译阶段。

汇编

将编译生成的汇编语言程序转换为机器语言程序。
因为通常最终生成的可执行目标文件是由多个不同模块对应的机器语言目标代码组合而形成，所以，在生成单个模块的机器语言代码是，不可能确定每一条指令或数据最终的地址，即单个模块的机器语言目标代码需要重定位，因此把汇编生成的机器语言目标代码文件称为可重定位目标文件。

gcc生成的二进制代码文件（可重定位目标文件）为后缀名为.o的文件。我们对上边的test.s进行汇编

gcc -c test.s -o test.o

也可以直接对c源程序文件进行汇编：

gcc -c test.c -o test.o

选项“-c”告诉只进行到汇编阶段。

链接

将一个程序的所有关联模块对应的可重定位目标文件结合在一起，以形成一个可执行文件的过程称为链接。在早期的计算机系统中，链接是手动完成的，而现在则由专门的链接程序（链接器）来实现。

需要知道的是：可重定位目标文件和可执行目标文件都是机器语言目标文件，都是不可显示的二进制文件，所不同的是前者是由单个模块生成的，而后者是多个模块生成的。因而，对前街，代码地址总是从0开始，而对于后者，代码在操作系统规定的虚拟地址空间中产生。

对上边生成的可重定位目标文件test.o进行链接：

gcc test.o -o test

这里只有一个可重定位目标文件，如果有多个可重定位目标文件（.o文件）可以写在一起，每两个目标文件之间加空格，例如

gcc test1.o test2.o test3.o -o test

运行后，生成可执行文件test,我们可以运行它：

./test

gcc常见选项

gcc语法格式：

gcc [选项] 准备编译的文件 [选项] [目标文件]

-o：用于指定要生成的结果文件，后边跟的就是结果文件名字。
-I(i的大写)：用来指定头文件所在文件夹的路径，用法为 -I dirPath。
-wall：显示所用的警告信息（Warn all）。
-g：产生供gdb调试用的可执行文件。
-l：链接共享库。

在实际的软件开发中，对于一些需要被许多模块反复使用的公共代码，我们通常可以将他们编译为库文件。库从本质上说是一种可执行代码的二进制格式，可以被载入内存中执行。

静态库（Static Library）

定义：静态库是一组编译后的代码和资源的集合，它们在编译时被直接链接到最终的可执行文件中。
文件扩展名：通常为.a（在Unix-like系统中）或.lib（在Windows系统中）。
编译过程：在编译时，静态库的内容被复制到最终的可执行文件中，这意味着可执行文件包含了所有需要的代码和资源。
优点：
- 因为库代码已经包含在可执行文件中，所以不需要在运行时额外加载库文件。
- 减少了运行时的依赖，因为所有需要的代码都已经包含在内。
- 可能提高程序的启动速度，因为加载的是单个文件。
缺点：
- 增加了可执行文件的大小，因为包含了库的代码。
- 如果库更新，需要重新编译整个程序来更新这部分代码。
- 多个程序使用同一个静态库的不同版本可能会导致内存浪费。

4、配合静态库写一个头文件，文件里的内容就是提供给外边使用的函数、变量或类的声明。

静态库与源码编译：

gcc test.c -o test -l库名 -L 指定库文件 -I 头文件地址

动态库（Dynamic Library）

定义：动态库在程序运行时被加载，而不是在编译时。它们在内存中只存在一份，可以被多个程序共享。
文件扩展名：通常为.so（在Unix-like系统中，如Linux），.dll（在Windows系统中）或.dylib（在macOS系统中）。
编译过程：在编译时，程序只记录了动态库的位置和需要的函数接口，实际的代码在运行时才被加载。
优点：
- 减少了可执行文件的大小，因为不包含库的代码。
- 库的更新不需要重新编译程序，只需替换或更新动态库文件。
- 多个程序可以共享同一份库，节省内存和存储空间。
缺点：
- 程序启动可能稍慢，因为需要在运行时加载库。
- 需要确保动态库在运行时可用，否则程序可能无法启动或运行不正常。
- 动态库的版本管理可能更复杂。