Linux工具学习之【gcc/g++】

时间:2023-01-14 10:51:56

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    Linux工具学习之【gcc/g++】



????前言

书接上文,我们已经学习了 Linux 中的编辑器 vim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
Linux工具学习之【gcc/g++】


????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 gccg++

????-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

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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

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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

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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

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????-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

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????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

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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 stdiostringstdlib 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

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????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

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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

$ file 最终生成的文件	//查看文件的详细情况

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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

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????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

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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 文件	//查看详细信息

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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

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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 依赖关系依赖方法gcc test.c -o myfile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 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

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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

????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

????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

????.PHONY 伪目标

.PHONYMakefile 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

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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 文件内
.PHONY:clean
clean:
	rm -r myfile

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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: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

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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

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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

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 的相关知识,知道了 动态库静态库 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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