【Linux】gcc/g++的使用

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小伙伴们大家好，本片文章将会讲解Linux中gcc/g++使用的相关内容。


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1. 什么是gcc/g++

GCC（GNU Compiler Collection）是一套由GNU计划开发的编译器集合，它是一种开源的编译器套件，用于编译和运行C、C++、Fortran、Ada、以及其他一些编程语言的程序。其中，g++是GCC中专门用于编译C++程序的工具。

由于其开放源代码的特性，GCC已经成为许多操作系统和平台上的标准编译器，例如Linux、GNU Hurd、Mac OS X等。

g++是GCC中用于编译C++源代码的前端工具。它支持标准的C++语法和语言特性，并提供了丰富的编译选项和优化功能，以便用户根据需要进行配置和调整。使用g++，开发者可以将C++源代码编译成可执行程序或者库文件，从而在各种平台上运行他们的程序。

🔎关于C、C++的后缀🔍

在Linux系统中C语言正常以.c为后缀。

C++一般有三个后缀：

1. filename.cpp

2. filename.cc

3. filename.cxx

🔎安装gcc/g++🔍

输入命令安装gcc：

# 我这里已经下载过了
[dsj@alicloud-dsj ~]$ sudo yum install -y gcc # 输入此行命令即可下载
[sudo] password for dsj:                      # 这里要sudo提权，如果是root就不需要
Loaded plugins: fastestmirror
Loading mirror speeds from cached hostfile
base                                                                                                                                | 3.6 kB  00:00:00     
epel                                                                                                                                | 4.7 kB  00:00:00     
extras                                                                                                                              | 2.9 kB  00:00:00     
updates                                                                                                                             | 2.9 kB  00:00:00     
(1/3): epel/x86_64/updateinfo                                                                                                       | 1.0 MB  00:00:00     
(2/3): epel/x86_64/primary_db                                                                                                       | 7.0 MB  00:00:00     
(3/3): updates/7/x86_64/primary_db                                                                                                  |  27 MB  00:00:00     
Package gcc-4.8.5-44.el7.x86_64 already installed and latest version

输入命令安装g++：

# 我这里已经下载过了
[dsj@alicloud-dsj ~]$ sudo yum install gcc-c++  # 输入此行命令即可下载g++
Loaded plugins: fastestmirror
Loading mirror speeds from cached hostfile
Package gcc-c++-4.8.5-44.el7.x86_64 already installed and latest version
Nothing to do

查看gcc/g++版本：

[dsj@alicloud-dsj ~]$ gcc --version #输入此行命令查看gcc版本
gcc (GCC) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44)
Copyright (C) 2015 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.[dsj@alicloud-dsj ~]$ g++ --version #输入此行命令查看g++版本
g++ (GCC) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44)
Copyright (C) 2015 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

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2. 编译运行gcc/g++的语法

🔎编译gcc的语法🔍

先确保我们目录中存在C文件，然后输入以下命令进行编译，生成可执行文件：

gcc [要编译的文件] -o[要生成的文件名]

or

gcc -o[要生成的文件名] [要编译的文件]

例如：

[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ gcc test.c -o my.exe -std=c99 #输入-std=c99说明以c99标准进行编译
[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ ll
total 16
-rwxrwxr-x 1 dsj dsj 8408 May  8 15:42 my.exe
-rw-rw-r-- 1 dsj dsj 3087 May  8 10:39 test.c

🔎编译g++的语法🔍

先确保我们目录中存在C++文件，然后输入以下命令进行编译，生成可执行文件：

g++ [要编译的文件] -o[要生成的文件名]

or

g++ -o[要生成的文件名] [要编译的文件]

例如：

[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ g++ test.cc -o myc++.exe -std=c++11 #输入-std=c++11说明以c++11标准进行编译
[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ ll
total 32
-rwxrwxr-x 1 dsj dsj 8976 May  8 15:52 myc++.exe
-rwxrwxr-x 1 dsj dsj 8408 May  8 15:42 my.exe
-rw-rw-r-- 1 dsj dsj 3087 May  8 10:39 test.c
-rw-rw-r-- 1 dsj dsj  141 May  8 15:52 test.cc

🔎运行可执行文件🔍

输入命令./[可执行文件名]即可运行。

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3. gcc/g++编译的四个步骤

使用 GCC 或者 g++ 编译 C 或者 C++ 程序通常包括以下四个步骤：

1. 预处理

2. 编译

3. 汇编

4. 链接

3.1 🔎预处理🔍

在预处理阶段编译器通常会有以下步骤：

1. 头文件的展开

2. 宏替换

3. 去注释

4. 条件编译

我们可以输入以下命令让.c文件停留在预处理阶段进行查看：

[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ gcc -E test.c -o test.i #输入这个命令
[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ ll
total 52
-rwxrwxr-x 1 dsj dsj  8976 May  8 15:52 myc++.exe
-rwxrwxr-x 1 dsj dsj  8408 May  8 15:42 my.exe
-rw-rw-r-- 1 dsj dsj  3087 May  8 10:39 test.c
-rw-rw-r-- 1 dsj dsj   141 May  8 15:52 test.cc
-rw-rw-r-- 1 dsj dsj 17250 May  8 16:15 test.i #生成这个文件，停留在预处理阶段
[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ vim test.i #输入此行命令查看test.i文件

查看此文件：

我们发现虽然源文件只有100多行，但是.i这个文件就有800多行，这是因为头文件被展开了，并且注释也被去除了，宏也被替换了。

💻条件编译

我们先用条件编译写一下如下的代码：

#include <stdio.h>int main()
{
#ifdef V1printf("功能1\n");#elif V2printf("功能1\n");printf("功能2\n");printf("功能3\n");
#elseprintf("功能1\n");printf("功能2\n");printf("功能3\n");printf("功能4\n");printf("功能5\n");printf("功能6\n");
#endifreturn 0;
}

因为这里并没有定义V1， V2，所以会执行else的内容：

我们可以在编译的时候输入以下指令就可以给源文件增加宏定义：

[dsj@alicloud-dsj test]$ gcc -D V1=1 test.c -o test.exe

3.2 🔎编译🔍

在编译阶段编译器通常会有以下步骤：

1. 生成汇编代码

2. 检查语法（词法分析、语法分析、语义分析等）

我们可以输入以下命令让.i文件停留在编译阶段进行查看：

[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ gcc -S test.i -o test.s -std=c99

vim查看此文件：

3.3 🔎汇编🔍

在汇编阶段编译器主要会有以下步骤：

将汇编代码转换成机器可识别的二进制代码。

我们可以输入以下命令让`.s`文件停留在汇编阶段进行查看：

[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ gcc -c test.s -o test.o

vim查看此文件：

emmmmm，发现是看不懂的二进制文件，没错，这是机器识别的文件，没打算给我们看懂。

3.4 🔎链接🔍

在链接阶段编译器通常会有以下步骤：

链接阶段就是将汇编阶段已经生成的二进制文件和所需要的库进行链接，最终生成可执行程序的过程。

我们可以输入以下命令让.o文件生成可执行程序：

3.5 🔎编译器的自举过程🔍

首先我们来思考一个问题：为什么在编译时必须要走这4个过程，不能直接到链接阶段生成可执行程序吗？要讲解这个问题我们先回溯一下历史：

回溯历史：

我们知道计算机最早的编程是通过那种打孔的小纸条来实现的，因为这样编程太过于复杂，随后又出现了汇编语言。

然而所有的计算机程序最终都需要被翻译成计算机能够理解的二进制形式才能执行，所以在汇编语言发行的时候肯定也解决了将汇编语言翻译成二进制形式的问题。

所以对于我们的C/C++语言，如果直接转换成二进制语言，实际上是可行的，但是实现起来难度太大，如果说运用前辈们的成果，先将C/C++翻译成汇编语言，在翻译成二进制语言，这样的难度肯定就会小很多，这就是为啥要经历编译、汇编等阶段的原因。

然而此时的问题又来了，第一个汇编语言程序是怎么被编译出来的呢？是依靠编译器吗？编译器又是哪款语言写的呢？

其实当汇编发行的时候，先用二进制语言写了一份汇编语言的编译器，然后就可以把汇编语言学的代码放到这个编译器中进行编译，因为编译器也是属于软件，所以我们也可以用汇编语言写一份汇编语言的编译器，再放到二进制语言写的汇编语言编译器中进行编译，就形成了汇编语言的编译器，这个过程就叫做编译器的自举。

下面是详细的解释：

编译器的自举是指用编程语言（例如汇编语言）编写一个编译器，然后使用该编译器来编译其自身的源代码。这个过程可以分为几个步骤：

1. 编写第一个版本的编译器： 初始阶段，程序员会使用另一种已经存在的编程语言（通常是汇编语言或高级语言）来编写一个最基本的编译器。这个编译器可以将源代码（例如C语言）转换为目标机器的汇编语言或者机器码。
2. 使用第一个编译器编译自身源代码： 一旦第一个版本的编译器完成，程序员会使用它来编译其自身的源代码。这意味着用该编译器编译的结果将是一个新版本的编译器。
3. 重复此过程： 新版本的编译器可以更加完善和高效，程序员可以使用它来编译自身的源代码，生成更新的版本。这个过程可以一遍又一遍地重复，每一次迭代都会改进编译器的功能、性能和稳定性。
   
   

通过这种方式，编译器的自举实现了编译器的持续改进和演化。它也证明了编译器本身是一个软件程序，可以用其它编程语言来编写，而不仅仅局限于机器语言或者汇编语言。这个过程展示了计算机科学中有趣的自指特性。

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４. 详解链接

刚才说过，链接实际上就是把汇编阶段生成的二进制目标文件和所需要的库文件相结合，形成可执行文件的过程。


那么问题来了，这个库是什么，它存在在那里，为什么就能找到呢？


我们接下来一一解答。

在我们的头文件中只是包含了一些内置类型函数的声明，例如下图的printf，那么具体的函数实现在哪里呢？

对于每一门语言，在被发行的时候都有自己的库函数，这里面存放这一些常用函数的具体实现（方法集），例如输入输出函数等，然后他会给出你一些头文件，这些头文件就相当于是这些库的说明书，供你使用。


并且在编译阶段编译器就会告诉你应该去哪个位置去找到对应的方法。

我们可以用一下命令看一下Linux下C所依赖的库是什么：

[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ ldd test.exelinux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffcfc7db000)libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f6d9eb9d000)/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f6d9ef6b000)
[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ ls /lib64/libc.so.6 -l
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Sep 19  2023 /lib64/libc.so.6 -> libc-2.17.so
[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ file test.exe
test.exe: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=946a88d4c5e0c0a19483beb1d83eeb28686d5d4e, not stripped
[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ 

４.１ 🔎动态库&动态链接🔍

我们可以看到C所依赖的库是 /lib64/libc.so.6，这个库中存放的就是内置给你的函数的具体实现方法，但是是二进制的文件，可以看一下：

💻动态库

这个库是以.so的后缀，一般以这个为后缀的文件就叫做动态库。

💻动态链接

动态链接就是在程序运行时由操作系统的动态链接器动态地加载动态链接库文件，不会在编译时将库文件的代码和数据合并到可执行文件中。

可以用file看一下文件的具体类型：

说明这个可执行文件是动态链接的（共享库也就是动态库）。

４.２ 🔎静态库&静态链接🔍

💻静态库

在Linux中，静态库通常以.ａ为后缀，但是一般情况下不会自带，要自己手动下载。

💻静态库的下载

sudo yum install -y glibc-static # C语言静态库
sudo yum install -y libstdc+±static # C++静态库

这样我们编译一个文件就可以以静态的形式进行编译：

[dsj@alicloud-dsj lesson10]$ gcc test.c -o static_test.exe -static -std=c99

💻静态链接

在静态链接的情况下，编译器会在编译阶段将所需的库函数的代码和数据直接合并到最终的可执行程序中，而不是在运行时动态加载和链接库文件。

这意味着可执行文件会变得更大，因为它包含了所有依赖的库的代码和数据，但同时也意味着程序在运行时不需要依赖外部的库文件，因为所有的代码和数据都已经包含在可执行文件中了。

４.２ 🔎动态库动态链接＆静态库静态链接的优缺点🔍

动态库＆动态链接：
１.　因为Linux中的很多指令都要依赖此动态库，因此他不能丢失
２.　它相较于静态链接更节省资源空间
静态库＆静态链接
１.　因为静态链接会在编译阶段把所有需要的函数全都加载到内存中，因此它不需要依赖其他东西，和库无关，跨平台性较强
２.　但是太费资源、空间。