【Linux】Linux工具学习之gcc/g++

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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

程序实现的两大环境

任何一个C程序的实现都要经过翻译环境与执行环境。

在翻译环境中又分为4个部分，预编译、编译、汇编与链接。在各个阶段主要完成的任务有：

1. 预编译（预处理）：头文件的包含、注释的删除、#define符号的替换；

2. 编译：将C语言代码转化为汇编代码；

3. 汇编：把汇编指令转化为二进制指令；

4. 链接：合并符号表和段表，生成可执行程序。

一、gcc/g++使用

1.1 gcc如何完成

通过gcc指令的不同选项可查看各阶段所形成的文件；

格式：gcc [选项] [目标文件名] -o [生成文件名]。

首先在test.c文件中写好C代码：

#include<stdio.h>

#define N 100

//#define ...

int main()
{
	int n = 0;
	printf("Hello World\n");
	printf("%d\n", n + N);
	return 0;
}

1.1.1 预处理

查看 test.c 预处理后的结果，-E选项的作用是让 gcc 在预处理结束后停止编译过程；-o 的作用是将预处理后的内容保存到test.i 文件中。

gcc -E test.c -o test.i

如图所示，预处理阶段进行了头文件包含、注释的删除、#define的替换。

1.1.2 编译

接下来将刚刚生成的 test.i 进行编译，并在编译之后停下来，将结果写入 test.s 中。gcc所用选项为 -S。

gcc -S test.i -o test.s

我们虽然可能没学习过汇编语言，但依旧隐约认识到这些就是汇编代码；可见编译阶段就是将C代码翻译为汇编指令。

1.1.3 汇编

gcc所用选项为 -c；-o 将结果写入到 test.o 中。

gcc -c test.s -o test.o

正如我们所见，汇编完成之后都这这样的乱码。其实汇编之后，生成的文件为二进制文件，是用来给计算机看的，咱们已经看不懂了。

1.1.4 链接

编译完成之后就进入了链接阶段，链接完成之后就会生成可执程序 mytest了。

gcc test.o -o mytest

但是关于链接，我们需要知道它在链接什么。

我们是否好奇过为什么我们明明没有定义过函数 printf 、return …等等的函数，但却可以使用它的功能？

其实，系统把这些函数的实现都被做到名为 libc.so.6 的库文件中去了，在没有特别指定时，gcc 会到系统默认的搜索路径“/usr/lib”下进行查找，也就是链接到 libc.so.6 库函数中去，这样就能实现函 数 printf 了，而这也就是链接的作用。

二、动态库与静态库

函数库一般分为动、静态库两种。

2.1 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

gcc 进行函数库的链接时可选择静态链接或者动态链接。

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

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

这也验证了 Linux 默认使用 动态链接 的现象

2.2 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

#下载静态库
yum install -y glibc-static
#采取静态链接的方式编译程序
gcc -static test.c -o Test_static
#查看文件的链接方式
ldd Test_static

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 Test_static

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

对比二者生成的文件大小

#采用静态链接
gcc -static test.c -o Test_static
#默认采用动态链接
gcc  test.c -o Test

若在静态链接时出错，可能是因为你的 Linux 没有安装C语言的静态库，须手动安装。

两种连接方式生成的文件大小几乎相差百倍。

优劣对比

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

三、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

3.1 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 mytest ，那么两者间的 依赖关系 为 mytest: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 mytest 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 mytest 即可编译 test.c 文件，生成 mytest

#执行自动化指令，编译test.c文件
make mytest

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

3.2 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

3.3 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

3.4 .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:mytest

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 文件中
.PHONY:clean
clean:
	rm -r mytest

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

3.5 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

四、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

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