【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

文章目录

程序实现的两大环境
一、gcc/g++使用
- 1.1 gcc如何完成
- - 1.1.1 预处理
  - 1.1.2 编译
  - 1.1.3 汇编
  - 1.1.4 链接
二、动态库与静态库
- 2.1 动态库
- 2.2 静态库
三、自动化构建工具
- 3.1 Makefile文件
- 3.2 make指令
- 3.3 任务刷新策略
- 3.4 .PHONY伪目标
- 3.5 补充
四、sudo提权

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：

预编译（预处理）：头文件的包含、注释的删除、#define符号的替换；
编译：将C语言代码转化为汇编代码；
汇编：把汇编指令转化为二进制指令；
链接：合并符号表和段表，生成可执行程序。

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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。

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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

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

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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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//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

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