菜鸟攻略–C语言多文件编程初探：使用 gcc 手动编译多文件 C 程序

Posted 2022-06-21 善良超锅锅

菜鸟攻略–C语言多文件编程初探（二）：使用 gcc 手动编译多文件 C 程序

四年前我发布了一篇菜鸟攻略–C语言多文件编程初探（一），没想到这篇文章成了我博客上阅读量最多，评论数也最多的文章。当时我读大二样子，对学习 C 语言有着强烈的兴趣。本来是想写一个系列的，所以文章标题中有个（一）。当初计划的是第二篇写通过命令行调用 gcc 工具手动编译程序，在写一篇使用 makefile 的。后来回头看之前写的这篇文章，感觉技术含量不高，而且这些工作用 IDE 来做更高效。但是后来，陆陆续续还有人回复，我发现这类文章对初学者帮助还是挺大的，起码可以解决一些疑惑。很多初学者都是这些疑惑而止步不前，而老手可能想象不到为什么初学者会有这些疑惑。正如我们长大了，也很难理解儿童的喜怒哀乐，就好像我们不是从儿童过来的一样。

废话有点多，正式进入本文主题。本文承接上一篇文章，为了和上一篇文章保持一致，本文的标题还是这么中二，菜鸟攻略–C语言多文件初探（二），哈哈哈。本文将手把手教你用 GCC 编译器提供的命令行工具编译多个文件组成的 C 程序，顺带说一下程序从编写到运行的过程。

step1：下载安装 Dev-C++

已经安装了 Dev-C++ 或系统中的可以跳过这步。去官网下载 Dev-C++。我昨天下载，发现有点慢，所以我把安装文件放到百度网盘了，供大家下载，下载链接为：http://pan.baidu.com/s/1pLPenDx。

开始安装，记住安装位置。在安装时只能选择英文，安装完成后，第一次启动时可以选择中文。启动后，关掉。本文中我们不会用到 Dev-C++ 提供的 IDE，我们只用它目录下的 gcc 编译器。

step2：将 Dev-C++ 目录下的 gcc 编译器工具目录添加到系统环境变量

step 2.1：设置系统环境变量

找到 Dev-C++ 的安装目录下的 bin 文件目录。比如我是C:\\Program Files (x86)\\Dev-Cpp\\MinGW64\\bin。该目录下是编译程序用到的一些命令行工具，如下图：

Dev-C++ 正是调用这些工具来编译程序的。

复制该目录。在系统的文件管理器地址栏输入控制面板\\系统和安全\\系统，回车，打开系统设置，如下图：

点击高级系统设置，在弹出的对话框中点击环境变量

在弹出的对话框中，如下图，在系统变量的变量栏下找到Path变量，点击编辑按钮。

会再弹出一个对话框，可以看到变量值输入栏中有很多内容，鼠标选中该输入框，将光标移动到输入内容的最后，添加一个英文分号;，然后在后面粘贴之前找到的 gcc 编译器命令行工具目录，我的是C:\\Program Files (x86)\\Dev-Cpp\\MinGW64\\bin，然后点确定，依次关闭所有的弹窗。

step2.2：验证

打开开始，输入cmd，回车。打开了控制台终端，输入gcc --version，如果输入如下图所示，则说明设置成功。

如果显示错误信息，可能是你前面哪部走错了。或者你需要重启系统。

step3：编辑程序

和前一篇文章一样，我们要编辑三个程序源文件。先创建一个目录，再使用你最喜欢的编辑器创建下面三个文件：

myfile.h

//myfile.h
// 这里只有三个函数声明
void func1();
void func2();
void func3();

myfile.c

// myfile.c
// 这里是3个函数实现
#include <stdio.h>
#include "myfile.h"

void func1()

  printf("func1\\n");


void func2()

  printf("func2\\n");


void func3()

   printf("func3\\n");

main.c

# include <stdio.h>
#include "myfile.h"

int main()

  func1();
  func2();
  func3();

  return 0;    

step4：编译程序

打开一 cmd 窗口，输入上面三个程序所在的盘符，然后用cd命令跳转到程序所在目录下。

编译myfile.c生成中间文件

在 cmd 中输入：

gcc -c myfile.c

-c表示只编译成二进制的中间文件，但不链接。你会看到程序所在目录下多了一个myfile.o文件

编译main.c生成中间文件

gcc -c main.c

同样会在当前目录下生成一个 main.o 文件。

链接main.o和myfile.o，生成最终的可执行文件：

gcc main.o myfile.o

同样会在目录下生成一个a.exe，即最终的可执行文件。

检测一下a.exe是否能执行：

a.exe

输出如下图所示：

说明我们的编译成功了。

你也可以直接使用gcc main.c myfile.c来完成整个过程，这种情况下，编译器还是会在背后走这些步骤，只不过只把最后结果给你看。

在上面的每一步编译过程中，我们都可以用-o参数来指定生成文件的文件名。比如gcc main.o myfile.o -o main.exe生成的可执行文件名为main.exe。

C 程序的模块化

C 程序的编译过程

C 程序的编译单位为每个 .c 源文件，整个编译过程大致可以分为四个阶段：预处理、编译、汇编、链接。每个编译单元都会经过预处理、编译，最后将各个单元生成的中间文件链接到一起形成可执行文件。

预处理阶段的工作主要包括：宏替换、头文件包含内容替换等。

编译阶段的主要工作是：将预处理后的源文件转换成汇编代码。

汇编阶段的主要工作是：将上一阶段生成的汇编代码编译成二进制文件，即中间文件。

链接阶段的主要工作是：将各中间文件链接到一起，生成可执行文件。（如果程序使用了静态链接库，链接阶段还会将静态库导入到可执行文件中，目前我们不需要了解。）

上面提到的编译过程不一定完整和准确，但对于我们理解如何编译多个源文件的程序已经够用了。

以前面我们编译的程序为例，我们的整个编译过程如下图所示。

特别提一下，在预处理阶段会进行头文件包含的替换工作。比如将#include "myfile.h"替换为myfile.h文件中的内容。myfile.c替换后的结果大概如下：

/*
* stdio.h 的替换内容
*/
void func1();
void func2();
void func3();
void func1()

  printf("func1\\n");


void func2()

  printf("func2\\n");


void func3()

   printf("func3\\n");

main.c替换后的结果也可以这样脑补。

想要前进，我们还得补充一下编译器在编译和链接阶段时所作的工作。我们知道main.o是从main.c生成，main.c中调用了三个函数，而这三个函数在main.c中并没有实现。那编译器是怎么处理的呢？是这样的：编译器在编译main.c时看到三个未实现的函数声明，就根据它们的函数声明给它们生成了各自的“身份ID”，不同的函数声明会生成不同的“身份ID”，“身份ID ”是唯一的。编译器暂且将这些“身份ID”记录在中间文件中。在编译myfile.o时同样会对三个函数生成三个“身份ID”，由于myfile.c中的函数声明和main.c中的函数声明一样，所以生成的三个“身份ID”也一样。最后在链接main.o和myfile.o时，“身份ID”就对上了，前者有调用，后者有实现，也就能正确的生成可执行文件了。

C 程序的模块化

其实从前面的编译过程我们就可以直观的知道，不止程序的编写是分模块的，程序的编译过程也是分模块的，各个源文件分开编译后组装。C 程序的编译单元是 .c 文件，每个 .c 源文件都会生成一个 .o 中间文件，最后所有的.o 文件链接成一个可执行文件。只有在最后的链接阶段，.o 文件才会联系到一起。

所以我们修改了某个源文件，只需要重新编译这个源文件即可，没修改的文件不需要重新编译，当然，最后得重新链接一次。假如我们现在修改了myfile.c，我们只想重新生成myfile.o，然后链接myfile.o和main.o即可。

所以 C 程序的模块化，即方便了程序员按逻辑组织程序，也减轻了编译器的工作，将每次修改代码后的重编译工作量减到最小。

模块之间的依赖

通过前面对编译过程的分析，我们可以得出这样的结论，main.o依赖于main.c和myfile.h，myfile.o依赖于myfile.c和myfile.h。而a.exe依赖于main.o和myfile.o。整个依赖树如下：

          a.exe
            |
      -------------
      |           |
    main.o      myfile.o
      |           |
  ---------    -------
  |       |    |     |
main.c  myfile.h  myfile.c

如果某个文件的依赖项改变了，这个文件就得重新生成。myfile.h改变了，main.o和myfile.o都得重新生成，进一步a.exe也得重新生成。如果只是myfile.c改变了，myfile.o要重新生成，a.exe也要重新生成。

这个程序十分简单，依赖关系也比较简单，所以我们可以在命令行里手动编译它们，实际上我们是在靠大脑在维护它们的依赖关系。如果程序规模变大，依赖关系将复杂到我们的大脑没办法维护。如果记不住依赖关系，我们一股脑儿的全部重新编译又太耗费时间（大的程序从头编译一次可能会好几个小时，十几个小时，你怕不怕）。这时候我们就得依赖于工具了，工具有半自动和全自动工具。半自动工具，比如 makefile 需要我们手动写一次依赖关系，全自动工具，比如像 VS 和 Dev-C++会全自动维护依赖关系，不需要我们操任何心。我们用 IDE 创建工程时，IDE 在工程目录下创建的那些文件，有一些是中间文件，有一些是用来记录依赖关系的。

结束

恭喜你看到了这里！我们学会了手动编译程序，大致知道了编译器编译程序时做了哪些工作。明白了这些就好，在实际编程时还是使用 IDE 比较方便。我们和其他选手一样用 IDE 编程，但和他们不一样，我们知道 IDE 帮我们做了哪些事，我们简直是看透一切的（男/女）人，哈哈哈~~~