Linux工具学习之gcc/g++
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📘前言
书接上文，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
📘正文
📖gcc/g++ 命令
在接下来的学习中，我们以 gcc 为例，因为两者选项都是通用的，所以也就相当于间接学习了 g++ ，这个编译器上手还是很简单的，选项也不是很多
注意： 如果命令失效，很有可能是没有下载 gcc/g++ ，需要自行下载安装 gcc 与 g++
📃-o 目标文件
gcc 源文件 默认会将代码编译链接并生成可执行文件 a.out ，当然前提是代码没问题，所以这样看来编译一个文件还是很简单的
$ gcc 源文件 //直接编译源文件，生成默认可执行文件为 a.out
可能有的人不想让它生成默认的 a.out ，想生成为指定文件，没有问题，直接通过 -o 选项就能实现
注意：-o 选项后面必须紧跟生成的目标文件，这个选项可以放在源文件后面，也可以放在前面
$ gcc test.c -o OK //编译生成文件为 OK
$ gcc -o OK test.c //这种写法也是可以的
在我们使用 gcc/g++ 时，都可以通过 -o 选项生成指定文件
📃-E 预处理
在C语言学习阶段，我们学习了源文件变成可执行文件的过程，即预处理-编译-汇编-链接，当时因为没有学习Linux，没法很好的展示各个环节的现象，今天可以来详细看看
首先是第一步：预处理，又称预编译
- 会进行头文件展开、删除注释、替换宏、执行条件编译等操作
- 目的是生成一个纯粹的C代码程序
- 经过预处理后的文件后缀为
.i
我们可以直接通过 gcc 中的 -E 命令，使编译器在执行完预处理后停下来，配合 -o 生成指定文件，这样我们就可以观察到上面所提到的这些现象了
$ gcc -E test.c -o test.i //预处理后的文件后缀为 .i 此时仍然是C语言
预处理就像是过滤，会把代码进行检查删除，留下纯粹的C代码，方便后续进行转换
📃-S 编译
下面进入第二个步骤：编译
- 进行语法分析、词法分析、语义分析、符号汇总等，然后将合法的代码转为汇编代码
- 编译目的是生成汇编代码
- 编译后生成的文件后缀为
.s
编译阶段比较重要的一步就是符号汇总，它会各种符号汇总起来，方便后续符号表的形成，符号表用于各种函数间的相互调用
我们可以通过 -S 选项，使 gcc 在执行完编译阶段后就停下来，配合 -o 生成文件 test.s
$ gcc -S test.c -o test.s //可以直接从 test.c 开始执行，也可以从上一步中的 test.i 执行
📃-c 汇编
接下来进入第三步：汇编
- 主要任务是将汇编代码转为二进制，并生成符号表
- 二进制文件的格式是
elf，此时vim查看为乱码 - 生成的文件后缀为
.o
因为计算机只能看懂二进制，所以将代码转为二进制是必须进行的操作，除此之外，还有一个重要步骤：生成符号表
关于符号表
- 这个东西相当于函数独一无二的地址，在
Linux中，C语言的符号表比较简单，通常是 _函数名，比如_Add；C++更详细一些，通常为 _Z函数名长度+函数名+参数1+参数2 ，比如常见的 Add 函数，生成的符号表为_Z3Addii，这里的参数是两个整型，这也是C++支持重载，而C语言不支持重载的根本原因，毕竟C语言中两个重名的函数生成的符号表是完全一样的，区分不了
可以通过 -c 选项使 gcc 在执行完汇编阶段后就停下来，指定保存文件为 test.o
查看生成的 test.o 文件，可以用 readelf 这个工具，缺失的可以去下载
$ gcc -c test.c -o test.o //从源文件重新开始编译，生成 test.o 二进制文件
$ gcc -c test.s -o test.o //从上一步中生成的 test.s 文件开始编译，两者效果是一样的
//关于查看 elf 格式的文件
$ readelf -a test.o //可以通过软件，观察到符号表等信息
📃gcc 链接
下面是最后一步：链接
- 进行合并段表、将符号表进行合并和重定位等
- 将程序运行所需的各种函数链接起来，包括与库函数的链接，
Linux中一般是动态链接，链接后生成可执行文件，此时的文件也是elf的格式 gcc默认生成的可执行文件为a.out，我们可以指定生成任意文件
$ gcc test.c -o myfile //生成可执行文件为 myfile
$ gcc test.o -o myfile //继上一次生成的二进制文件执行链接，也是没有问题的
以上就是本文关于 gcc/g++ 的全部内容了
📃小结
关于各个命令选项可以巧记为 ESc 这是键盘上的一个键，忘记了可以看看
还有各个选项对应生成的文件后缀为 iso
下面还会介绍程序相关链接情况
📖库
众所周知，每种编程语言都有属于自己的库，比如我们C语言中的 stdio 、string、stdlib 等等标准库，当我们程序在调用库函数时，就是在调用标准库中的函数，而这些标准库都在 /usr/include 这个目录中，这个文件就是 Linux 中的C语言动态库；除了 动态库 外还有 静态库
📃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
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
$ ldd 最终生成的文件 //查看文件的链接情况
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
$ file 最终生成的文件 //查看文件的详细情况
这也验证了 Linux 默认使用 动态链接 的现象
类比记忆
动态库就像是网吧(假设只有一家)，那么全校的同学都可以去网吧中上网，还可以根据自己的喜好选择自己喜欢的机位，当然前提是你知道在哪个位置
📃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
$ yum install -y glibc-static //下载静态库
$ gcc test.c -o myfile-static -static //采取静态链接的方式编译程序
$ ldd 最终生成的文件 //查看文件的链接方式
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 文件 //查看详细信息
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
因为这种方式很占空间，所以 Linux 中默认使用 动态链接 的方式
类比记忆
静态库就像是把网吧里的电脑，买了一台同款的在自己寝室(调用某个函数)，一台还好，如果买了很多台，寝室自然就没有空间了
📃优劣比对
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
| 区别 | 动态库 | 静态库 |
|---|---|---|
| 调用方式 | 通过函数位置进行调用 | 直接将需要的函数拷贝至程序中 |
| 依赖性(运行时) | 需要依赖于动态库 | 可以独立于静态库运行 |
| 空间占用 | 共享动态库中的代码，空间占用少 | 拷贝代码会占用大量空间 |
| 加载速度 | 调用函数，加载速度慢 | 直接运行，加载速度快 |
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
📖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
📃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myfile，那么两者间的依赖关系为myfile: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 myfile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 myfile 即可编译 test.c 文件，生成 myfile
$ make myfile //执行自动化指令，编译 test.c 文件
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
📃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
📃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
📃.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:myfile
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 文件内
.PHONY:clean
clean:
rm -r myfile
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
📃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
📖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
$ sudo yum install -y sl //暂时提权下载软件
怎么样？感觉很爽吧？
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
📘总结
以上就是关于Linux工具：gcc/g++ 的全部介绍了，gcc/g++ 是一款优秀的编译器，它不仅可以编写C/C++ 代码，得益于强大的 GNU，它可以编写 绝大多数的后端语言代码(当然前端无缘，毕竟全是命令行)；我们还学习了 库 的相关知识，知道了 动态库 与 静态库 的优缺点，还能通过 make 指令执行自动化任务，再配合上 sudo 提权，可以让我们的 Linux 开发效率大大增加
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