【Linux工具】编译器、调式器、项目自动化构建工具以及git的使用（1）

作者:爱写代码的刚子
时间：2023.6.3
本篇博客主要详细介绍Linux中十分重要的工具：编译器，灵活使用这些工具是Linux中一项必备技能。项目自动化构建工具、调式器、git工具会在下一篇博客中进行介绍。

Linux编译器-gcc/g++使用

gcc编译C语言：

g++编译C++：

• gcc只能编译C语言，而g++可以编译C语言也可以编译C++，编译生成的可执行文件默认文件名都是a.out，后一个a.out会覆盖前一个a.out（我们用gcc/g++ -o的选项重命名就不会重名且覆盖了）

gcc的编译过程

预处理（进行宏替换）

预处理的主要步骤：
a.去注释
b.头文件展开
c.条件编译（C语言的学习中认识过，以是否定义该宏为条件进行代码的裁剪，可以用于不同版本的软件裁剪对应的功能）
d.宏替换

1. 预处理功能主要包括宏定义,文件包含,条件编译,去注释等。
2. 预处理指令是以#号开头的代码行。
3. 实例: gcc –E hello.c –o hello.i
4. 选项“-E”,该选项的作用是让 gcc 在预处理结束后停止编译过程。
5. 选项“-o”是指目标文件,“.i”文件为已经过预处理的C原始程序。

• gcc -E caogao.c -o caogao.i生成预处理文件（其中==-E的意思是：从现在开始进行程序的翻译，将预处理工作做完就停止==）

【问题】：为什么能够在windows或者Linux上进行C/C++或者其他形式的开发呢？
我们的系统中一定要提前或者后续安装上C/C++开发相关的头文件，库文件，C/C++开发环境不仅仅指的是vs、gcc、g++，更重要的是语言本身的头文件和库文件（安装vs2019、vs2022等，选择了对应的开发包，同步也在下载C的头文件和库文件，所以编译器不用#include </usr/include/stdio.h>,因为编译器已经知道了头文件的默认路径，所以直接使用#include <stdio.h>即可）

• **ls /usr/include/**查看Linux中的头文件，/usr/include/是gcc或者g++搜索头文件时默认的路径
  
  用vim打开头文件：
  
  
• gcc -E caogao.c -o caogao.i -DDEBUG可以直接使用gcc指令来定义宏DEBUG（编译器具有直接修改代码的能力）
  
• 预处理过后还是C语言

编译（生成汇编）

1. 在这个阶段中,gcc 首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等,以确定代码的实际要做的工作,在检查
2. 无误后,gcc 把代码翻译成汇编语言。
3. 用户可以使用“-S”选项来进行查看,该选项只进行编译而不进行汇编,生成汇编代码。
4. 实例: gcc –S hello.i –o hello.s

• gcc -S caogao.c -o caogao.s生成对应的汇编文件（其中-S的意思是：从现在开始进行程序的翻译，将编译工作做完就停下来）
  

汇编（将汇编语言变成机器可识别代码（二进制文件））

1. 汇编阶段是把编译阶段生成的“.s”文件转成目标文件
2. 读者在此可使用选项“-c”就可看到汇编代码已转化为“.o”的二进制目标代码了
3. 实例: gcc –c hello.s –o hello.o

• gcc -c caogao.s -o caogao.o 将汇编语言变成二进制文件（-c的意思是：从现在开始进行程序的翻译，将汇编工作做完就停下来）
  
• 其中生成的.o文件我们称为可重定位目标二进制文件。简称目标文件（.obj文件）虽然已经是二进制，但是并不能独立执行，还需要经过链接，有可执行权限但是没有可执行能力。
  

由于是二进制文件，所以用vim（文本编辑器，只能识别文本）打开时会出现乱码

• od caogao.o用od（二进制查看工具）来查看二进制文件
  

链接（生成可执行文件或库文件）

1. 在成功编译之后,就进入了链接阶段。
2. 实例: gcc hello.o –o hello

• gcc caogao.o -o caogao.exe进行链接，生成可执行文件（将可重定位目标二进制文件，和库进行链接形成可执行程序）
  

函数库

我们的C程序中，并没有定义“printf”的函数实现,且在预编译中包含的“stdio.h”中也只有该函数的声明,而
没有定义函数的实现,那么,是在哪里实“printf”函数的呢?
最后的答案是:系统把这些函数实现都被做到名为 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

C语言标准库给我们提供方法的实现，库的本质是一个文件，存在路径

• Linux下: .so（动态库） .a（静态库）
• Windows：.dll（动态库） .lib（静态库）
  库也有自己的命名规则：libname .so.XXX (name是库真正的名字)

默认机器上安装了动态库，默认没有安装静态库

方法的实现在库中，库其实是把.c文件（源文件），经过一定的翻译，然后打包——只给你提供一个文件即可，不用提供太多的源文件，也可以达到隐藏源文件的目的。

• 在编译器使用静态库进行静态链接的时候，会将自己的方法拷贝到目标程序中，该程序以后不用再依赖静态库！
• 动态库不能缺失，一旦对应的动态库缺失，影响的不止一个程序，可能导致很多程序都无法进行正常运行！
  在Linux中，编译形成的可执行程序默认采用的就是动态链接——要求系统提供动态库

【-static选项】：

• gcc caogao.c -o caogao_static -static采用静态链接进行编译可执行程序
  
  采用静态链接进行编译的可执行程序明显比采用动态链接进行编译的可执行程序要大

静态链接：

动态链接：

• 在Linux中，编译形成可执行程序，默认采用的就是动态链接——需要动态库
• 在Linux系统中，如果要按照静态链接的方式，进行形成可执行程序，需要添加-static选项——需要静态库

一般Linux服务器上默认装了动态库而没有装静态库，无论是C还是C++。

附：如何在Linux服务器上安装静态库？
安装C语言静态库：
输入指令：(sudo) yum install -y glibc-static

安装C++静态库：
输入指令：(sudo) yum install -y libstdc+±static

【问题】

• 如果我们没有静态库，但是我们就是要用-static进行静态链接可以吗？【不行】
• 如果我们没有动态库，只有静态库，而且gcc能找到，可以进行编译吗？【可以】gcc默认优先动态链接，-static的本质是改变优先级
• 所以可执行程序不一定全部都是动态链接或者静态链接，可能是混合的。但是如果我们加了-static就会默认将所有的链接要求全部变成静态链接，-static只适配一次

file指令（直接查看程序）

动态库vs静态库

• 动态库因为是共享库，有效地节省资源（磁盘空间，内存空间，网络空间等）【优】动态库一旦缺失，导致各个程序都无法运行【缺点】
• 静态库，不依赖库，程序可以独立运行【优点】，体积大，比较消耗资源【缺点】

debug（开发版）&&release（发布版）

• 发布debug：

1. 可以被追踪调试
2. 形成可执行程序的时候，添加了debug信息（比release版本要大）
   

• readelf -S caogao1_d将我们的可执行程序按照空间布局情况和数据区以段的形式呈现
  

查看可执行程序是不是debug版本：

• readelf -S caogao.exe | grep -i debug过滤一下debug信息发现没有
  

• readelf -S caogao1_d | grep -I debug caogao1_d存在debug信息
  

补充：形成可执行的程序时并不是无序的二进制，而是有自己的格式（ELF格式）

之后可以通过《程序员的自我修养》、《深入理解计算机系统》加深了解。