文章目錄
一、gcc 演示翻譯環(huán)境
二、動(dòng)靜態(tài)鏈接庫(kù)
三、gcc 選項(xiàng)匯總
一、gcc 演示翻譯環(huán)境
我們寫(xiě)的代碼如何編譯？這就要用到我們今天講的內(nèi)容 —— gcc 編譯器。
在 Linux 中，C 語(yǔ)言用 gcc 編譯；C++ 用 g++ 編譯。
對(duì)于一個(gè) C 程序，從源文件到形成可執(zhí)行程序一共要進(jìn)行四步：預(yù)處理、編譯、匯編、鏈接 。這四步過(guò)程被稱為 翻譯環(huán)境 。
接下來(lái)，我們用 gcc 分別演示這四個(gè)過(guò)程。
1、預(yù)處理
在預(yù)處理中，需要完成頭文件的展開(kāi)、宏替換、去注釋、條件編譯等工作。
經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，當(dāng)前文件還是 C 語(yǔ)言，只不過(guò)變得更加精簡(jiǎn)。
預(yù)處理指令 ：
gcc -E file.c -o file.i樣例程序 ：
進(jìn)行預(yù)處理 ：
預(yù)處理之后生成 .i文件，分別打開(kāi) .c 和 .i 文件進(jìn)行對(duì)比 ：
我們發(fā)現(xiàn)代碼變?yōu)榘税俣嘈校@是因?yàn)轭^文件 # 被展開(kāi)，同時(shí)預(yù)處理的其他過(guò)程也都進(jìn)行了。
2、編譯
當(dāng)程序在編譯時(shí)，gcc 會(huì)檢查代碼是否有語(yǔ)法錯(cuò)誤，了解代碼基本內(nèi)容，檢查無(wú)誤就會(huì)把代碼翻譯為匯編語(yǔ)言。
匯編語(yǔ)言中包含源文件的部分內(nèi)容，所以也可以說(shuō)該文件為 C 語(yǔ)言匯編代碼 。
編譯指令 ：
gcc -S myfile.i -o myfile.s通過(guò)源文件 .c 也可以形成編譯后的文件，指令為 gcc -s .c -o .s，但是我們?yōu)榱搜菔具^(guò)程的連續(xù)性，我們統(tǒng)一從上次生成的文件開(kāi)始執(zhí)行指令。
進(jìn)行編譯 ：
觀察 .s 文件內(nèi)容：
語(yǔ)句含有 c 語(yǔ)言的樣子；而下部分框起來(lái)的語(yǔ)句則是匯編代碼，由此證明在編譯過(guò)后生成的文件為 C 語(yǔ)言匯編代碼。
3、匯編
匯編之后會(huì)把匯編語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制文件。
這里的二進(jìn)制文件可以說(shuō)是 可重定位二進(jìn)制文件 。該文件不能被執(zhí)行，類似于 上的 .obj 文件。
這一步知識(shí)把我們自己的代碼翻譯為二進(jìn)制目標(biāo)文件。
由于機(jī)器只認(rèn)識(shí)二進(jìn)制文件，所以換言之，這一步就是把人能看懂的文件，翻譯成機(jī)器能看懂的，就是 生成機(jī)器可識(shí)別代碼 。
匯編指令 ：
gcc -c myfile.s -o test.o進(jìn)行匯編 ：
觀察.o 內(nèi)容：
打開(kāi)文件發(fā)現(xiàn)什么都看不懂。
這就是二進(jìn)制文件，計(jì)算機(jī)可以識(shí)別該文件。
那么該文件可以執(zhí)行嗎？
不可以執(zhí)行，報(bào)錯(cuò)信息為權(quán)限被拒絕，通常為權(quán)限不夠。那這怎么證明該文件不能執(zhí)行？
我們將其提權(quán)試試：
然后再次 ./.o 執(zhí)行該文件：
仍然執(zhí)行失敗，并報(bào)錯(cuò)：無(wú)法執(zhí)行該二進(jìn)制文件。所以這就證明我們的結(jié)論：匯編生成的二進(jìn)制文件不可執(zhí)行！
4、鏈接
鏈接過(guò)程就是將程序和對(duì)應(yīng)的庫(kù)鏈接起來(lái)，編譯器會(huì)自動(dòng)識(shí)別語(yǔ)言。
鏈接指令 ：
gcc myfile.o -o myfile進(jìn)行鏈接 ：
再執(zhí)行生成的可執(zhí)行程序 ：
5、總結(jié)
我們這邊將翻譯過(guò)程按步執(zhí)行只是為了讓小伙伴們理解程序由源代碼到可執(zhí)行程序的一個(gè)過(guò)程。
實(shí)際上，在我們?nèi)粘＞幾g代碼只需要 gcc .c 就可以一步生成可執(zhí)行文件。
再提供一個(gè)記憶方式：
對(duì)于 預(yù)處理、編譯、匯編 三步的選項(xiàng)分別為 ESc ，可以與鍵盤上的 esc 鍵來(lái)幫助記憶，區(qū)別前兩個(gè)字母是大寫(xiě)。而生成的文件后綴分別為 iso 可以利用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）來(lái)記憶。
二、動(dòng)靜態(tài)鏈接庫(kù) 1、庫(kù)的認(rèn)識(shí)
首先清楚一點(diǎn)，我們寫(xiě)的代碼里面經(jīng)常會(huì)用庫(kù)函數(shù)，這些調(diào)用接口的方式是我們寫(xiě)的，但是這些庫(kù)函數(shù)的底層實(shí)現(xiàn)不是我們寫(xiě)的，而這中間就有一個(gè)調(diào)用庫(kù)的過(guò)程。
在鏈接的過(guò)程中，需要對(duì)形成的二進(jìn)制文件和庫(kù)文件進(jìn)行合并從而形成可執(zhí)行程序，這邊就調(diào)用了庫(kù)。庫(kù)是能成功編譯的必要條件。
我們一直在使用庫(kù)，至少是語(yǔ)言上的庫(kù)。
比如上方鏈接生成的可執(zhí)行程序 file ，它就依賴了庫(kù)。
通過(guò) ldd ，就可以查看該程序依賴了哪些庫(kù)：
不僅程序依賴庫(kù)，我們?cè)?linux 下能進(jìn)行代碼編寫(xiě)也是因?yàn)閮?nèi)置了庫(kù)。linux 默認(rèn)有語(yǔ)言級(jí)別的頭文件，和語(yǔ)言對(duì)應(yīng)的庫(kù)。
通過(guò) ls /usr// 就可以看到系統(tǒng)的內(nèi)置的頭文件，我們通過(guò)頭文件就可以根據(jù)庫(kù)函數(shù)，找到對(duì)應(yīng)的方法，從而鏈接到正確的庫(kù)：
在linux 下，庫(kù)分兩種 ：
靜態(tài)庫(kù)，格式為 .a 。
動(dòng)態(tài)庫(kù)，格式為 .so 。
基于上面的格式，不同的庫(kù)還可能會(huì)有版本，例如 程序就依賴了libc.so.6 ，后面的 .6 就是版本：
并且我們發(fā)現(xiàn)可執(zhí)行程序依賴的就是 .so 動(dòng)態(tài)庫(kù)。
對(duì)于動(dòng)靜態(tài)庫(kù)，以lib 為前綴，.a/.so 為后綴，掐頭去尾就是名稱。例如 libc.so.6 ，它的名字就是 c ，是 c 語(yǔ)言內(nèi)置庫(kù)。
而以上動(dòng)靜態(tài)庫(kù)的后綴為 linux 上特有的后綴劃分；如果是 下靜態(tài)庫(kù)為 lib ，動(dòng)態(tài)庫(kù)為 dll 。
不止可執(zhí)行程序，就連指令也依賴于庫(kù)，我們觀察幾個(gè)指令：
常用的 ls, tar 它們都依賴于庫(kù)，甚至還依賴于 c 庫(kù)。
由此發(fā)現(xiàn)，指令和 c 程序一樣，都依賴與庫(kù)。所以我們可以將指令看待為：指令是程序，是工具，也是“指令(字面意思)” 。
雖然從編譯角度來(lái)說(shuō)，指令和我們寫(xiě)的 c 程序沒(méi)有任何區(qū)別，但是從功能上來(lái)說(shuō)確是天差地別。
講了這么多c標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)庫(kù)，實(shí)際上也就是一句話，庫(kù)是必要的，并且?guī)旆譃閯?dòng)態(tài)庫(kù)和靜態(tài)庫(kù) 。
2、鏈接方式
Linux 的鏈接方式就兩種：
而 Linux 默認(rèn)的鏈接方式為 動(dòng)態(tài)鏈接 ，我們來(lái)證明一下：
用 指令查看 文件的類型：
我們發(fā)現(xiàn)生成的可執(zhí)行程序默認(rèn)就是采用的 動(dòng)態(tài)鏈接 。
那么為什么采用靜態(tài)鏈接而不采用動(dòng)態(tài)鏈接？這里面有什么原因？
我們先了解一下動(dòng)靜態(tài)庫(kù)。
3、動(dòng)態(tài)庫(kù)與靜態(tài)庫(kù)
動(dòng)態(tài)庫(kù)對(duì)應(yīng)的鏈接方式為動(dòng)態(tài)鏈接；靜態(tài)庫(kù)對(duì)應(yīng)的鏈接方式為靜態(tài)鏈接。
動(dòng)態(tài)鏈接必須使用動(dòng)態(tài)庫(kù)，靜態(tài)鏈接必須使用靜態(tài)庫(kù)。
動(dòng)態(tài)庫(kù)優(yōu)缺點(diǎn)：
動(dòng)態(tài)庫(kù)也可以說(shuō)是共享庫(kù)。動(dòng)態(tài)庫(kù)在鏈接的時(shí)候，并沒(méi)有把相應(yīng)的庫(kù)文件加載到可執(zhí)行程序中，而是在運(yùn)行的時(shí)候，拷貝庫(kù)中所需代碼的地址到可執(zhí)行程序中相關(guān)的位置。
通過(guò)這種鏈接方式，使用動(dòng)態(tài)庫(kù)就大大節(jié)省了內(nèi)存損耗。
但是這也帶來(lái)一個(gè)缺點(diǎn)，由于動(dòng)態(tài)庫(kù)鏈接時(shí)，是通過(guò)地址鏈接的。所以只要我們的動(dòng)態(tài)庫(kù)缺失，程序便無(wú)法運(yùn)行。
靜態(tài)庫(kù)優(yōu)缺點(diǎn)：
靜態(tài)庫(kù)則是在編譯鏈接時(shí)c標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)庫(kù)，把庫(kù)文件的代碼全部加載到可執(zhí)行程序中。
這種鏈接方式導(dǎo)致生成文件體積龐大。若文件數(shù)目一多，到時(shí)候內(nèi)存就會(huì)被占用很多。
但是這也有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，這樣就使得程序不依賴于庫(kù)了。即使庫(kù)出了問(wèn)題，也沒(méi)事，因?yàn)槲覀円呀?jīng)將代碼加載到程序中了。
通過(guò)上面，我們發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)庫(kù)可以大大節(jié)省內(nèi)存開(kāi)銷，并且一般對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)庫(kù)并不會(huì)出問(wèn)題，再衡量可執(zhí)行程序很多的情況，動(dòng)態(tài)鏈接其實(shí)是最好的鏈接方式。
所以 Linux 默認(rèn)是采用動(dòng)態(tài)鏈接的鏈接方式。
4、兩種鏈接方式的使用
對(duì)于動(dòng)態(tài)鏈接，我們已經(jīng)使用過(guò)了，比如上文生成的 文件，就是動(dòng)態(tài)鏈接生成的。
而靜態(tài)鏈接則需要通過(guò)特定方式來(lái)使用，并且 Linux 默認(rèn)只裝了動(dòng)態(tài)庫(kù)，靜態(tài)庫(kù)是沒(méi)裝的，所以先安裝一下：
sudo yum install -y glibc-static安裝完畢后，就可以使用了。
靜態(tài)鏈接的使用方式為：
gcc myfile.c -o myfile-static -static我們發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)鏈接后生成的可執(zhí)行程序的體積非常大。
再用 file - 查看一下文件類型：
就變成 ：靜態(tài)鏈接了。
三、gcc 選項(xiàng)匯總
gcc 常用的選項(xiàng)和操作也就是 -o 選項(xiàng)還有 gcc file 直接生成可執(zhí)行程序。
下面對(duì)其他選項(xiàng)做出一些補(bǔ)充：
-E ：只激活預(yù)處理,這個(gè)不生成文件,你需要把它重定向到一個(gè)輸出文件里面
-S ：編譯到匯編語(yǔ)言不進(jìn)行匯編和鏈接
-c ：編譯到目標(biāo)代碼
-o ：文件輸出到文件
- ：此選項(xiàng)對(duì)生成的文件采用靜態(tài)鏈接
-g ：生成調(diào)試信息。GNU 調(diào)試器可利用該信息
- ：此選項(xiàng)將盡量使用動(dòng)態(tài)庫(kù)，所以生成文件比較小，但是需要系統(tǒng)由動(dòng)態(tài)庫(kù)
-O0 ：不做任何優(yōu)化，這是默認(rèn)的編譯選項(xiàng)。
-O1 ： 對(duì)程序做部分編譯優(yōu)化
-O2 ：是比O1更高級(jí)的選項(xiàng)，進(jìn)行更多的優(yōu)化
-O3 ：比O2更進(jìn)一步的進(jìn)行優(yōu)化
-w ：不生成任何警告信息
-Wall： 生成所有警告信息