前言

前面我們講了C語言的基礎(chǔ)知識，也了解了一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且講了有關(guān)C++的一些知識，也學(xué)習(xí)了一些Linux的基本操作，也了解并學(xué)習(xí)了有關(guān)Linux開發(fā)工具vim ，也相信大家都掌握的不錯(cuò)，今天博主帶大家了解一下Linux編譯器 gcc/g++ 使用， 下面話不多說坐穩(wěn)扶好咱們要開車了！??！??

一、編譯的四大過程（背景知識）

?當(dāng)進(jìn)行編譯過程時(shí)，按照以下順序執(zhí)行預(yù)處理、編譯、匯編和鏈接的四個(gè)階段。

1. 預(yù)處理（Preprocessing）

• 輸入：原始源代碼文件（通常以.c或.cpp等擴(kuò)展名為例），包含了程序的源代碼。
• 輸出：預(yù)處理后的源代碼文件。
• 生成的中間文件：無。

在預(yù)處理階段，預(yù)處理器對源代碼進(jìn)行處理，執(zhí)行以下操作：

• 處理宏定義和宏展開。將預(yù)定義的宏、宏函數(shù)或宏常量在所有使用它們的地方進(jìn)行替換。
• 處理?xiàng)l件編譯指令（如#ifdef、#endif）來決定哪些代碼應(yīng)包含或排除在編譯過程中。
• 處理包含其他頭文件的指令（如#include），將頭文件的內(nèi)容嵌入到源代碼中。
• 去除注釋、多余的空格和空行等。

預(yù)處理階段的結(jié)果是一個(gè)經(jīng)過修改的源代碼文件，其中包含了宏替換和處理后的代碼。

2. 編譯（Compilation）

• 輸入：預(yù)處理后的源代碼文件。
• 輸出：匯編語言文件、目標(biāo)文件（包含機(jī)器指令和符號信息）或中間代碼文件（用于優(yōu)化和分析）。
• 生成的中間文件：匯編語言文件、目標(biāo)文件或中間代碼文件。

在編譯階段，編譯器將處理預(yù)處理階段生成的源代碼，并執(zhí)行以下操作：

• 詞法分析：將源代碼分解成令牌（token）序列。
• 語法分析：根據(jù)語法規(guī)則驗(yàn)證令牌序列的結(jié)構(gòu)，并構(gòu)建抽象語法樹（AST）。
• 語義分析：對AST進(jìn)行類型檢查、語義驗(yàn)證和錯(cuò)誤檢測，并生成符號表用于符號引用和定義的解析。
• 生成中間表示：將AST轉(zhuǎn)換為中間表示（如三地址碼、中間代碼）。

編譯階段的輸出文件可能是匯編語言文件（.s或.asm），包含源代碼的匯編語言表示，或者是目標(biāo)文件（.o或.obj），包含已編譯的二進(jìn)制代碼和相關(guān)的符號信息。同時(shí)，也可以生成中間代碼文件，用于后續(xù)的優(yōu)化和分析過程。

3. 匯編（Assembly）

• 輸入：匯編語言文件。
• 輸出：目標(biāo)文件。
• 生成的中間文件：無。

在匯編階段，匯編器將匯編語言文件轉(zhuǎn)換為機(jī)器可識別的指令。匯編器執(zhí)行以下操作：

• 將每一行匯編語言代碼解析為相應(yīng)的機(jī)器指令。
• 生成目標(biāo)文件，其中包含機(jī)器指令（以二進(jìn)制形式）和相關(guān)的符號信息。

匯編階段的輸出文件通常是目標(biāo)文件（.o或.obj），包含已轉(zhuǎn)換為機(jī)器代碼的匯編語言指令和符號信息。

4. 鏈接（Linking）

• 輸入：目標(biāo)文件（可能是多個(gè)），庫文件。
• 輸出：可執(zhí)行文件、動(dòng)態(tài)鏈接庫或靜態(tài)庫。
• 生成的中間文件：無。

在鏈接階段，鏈接器將多個(gè)目標(biāo)文件和所需的庫文件結(jié)合起來，執(zhí)行以下操作：

• 解析符號引用和符號定義，確保所有引用的符號都能正確映射到定義的位置。
• 處理重定位信息，將邏輯地址（相對地址）轉(zhuǎn)換為實(shí)際內(nèi)存地址。
• 符號重命名：如果目標(biāo)文件之間存在命名沖突，鏈接器可能會(huì)對一些符號進(jìn)行重命名以確保唯一性。
• 合并代碼和數(shù)據(jù)段：將多個(gè)目標(biāo)文件的代碼段和數(shù)據(jù)段合并到一個(gè)文件中。
• 處理庫文件：檢查并解析所需的庫文件，將庫文件中的代碼和數(shù)據(jù)與目標(biāo)文件進(jìn)行鏈接。
• 生成最終可執(zhí)行文件、動(dòng)態(tài)鏈接庫或靜態(tài)庫：鏈接器將處理完所有鏈接過程后，生成一個(gè)可供操作系統(tǒng)加載和執(zhí)行的最終可執(zhí)行文件或庫文件。

輸出文件的類型根據(jù)鏈接過程的目標(biāo)不同而有所不同。如果鏈接的目標(biāo)是生成一個(gè)完整的可執(zhí)行文件，那么輸出將是一個(gè)可執(zhí)行文件（如.exe、無擴(kuò)展名的可執(zhí)行文件）。如果鏈接的目標(biāo)是生成一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）或靜態(tài)庫（靜態(tài)鏈接庫，.lib或.a），則輸出將是相應(yīng)的庫文件。

中間文件是指在編譯過程中生成的臨時(shí)文件，用于存儲(chǔ)不同階段的中間結(jié)果。它們的具體類型和命名會(huì)根據(jù)編譯器和工具鏈的不同而有所變化。常見的中間文件包括：

• 中間代碼文件：在編譯階段生成的表示程序邏輯的中間代碼文件，如中間表示形式（IR）、三地址碼等。
• 匯編語言文件：在編譯階段生成的將源代碼轉(zhuǎn)化為匯編語言的文件。
• 臨時(shí)目標(biāo)文件：在編譯和匯編階段生成的臨時(shí)目標(biāo)文件，通常具有.o或.obj的擴(kuò)展名。

這些中間文件作為編譯過程中不同階段之間傳遞數(shù)據(jù)和信息的橋梁，它們不是最終生成的可執(zhí)行文件或庫文件。中間文件通常會(huì)在編譯過程結(jié)束后被清理或刪除。

二、gcc的使用

1. 概念

GCC（GNU Compiler Collection）是一個(gè)開源的編譯器套件，被廣泛用于Linux和其他類Unix系統(tǒng)中。它支持多種編程語言，包括C、C++、Objective-C、Fortran、Ada等。GCC的核心部分是C編譯器（gcc），它是GCC套件中最常用的組件。

gcc提供了一個(gè)完整的編譯工具鏈，包括預(yù)處理器、編譯器、匯編器和鏈接器。它能夠?qū)⒃创a轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行文件、動(dòng)態(tài)鏈接庫或靜態(tài)庫。

2. gcc主要特性和命令行選項(xiàng)

1. 編譯：

   • gcc -c file.c：編譯C源代碼文件file.c，生成目標(biāo)文件file.o。
   • gcc -o output file.o：將目標(biāo)文件file.o鏈接成可執(zhí)行文件output。

2. 預(yù)處理：

   • gcc -E file.c：執(zhí)行C源代碼的預(yù)處理，將宏替換、條件編譯等展開，并將結(jié)果輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出。
   • gcc -E -o output.i file.c：將預(yù)處理的結(jié)果保存到output.i文件。

3. 匯編：

   • gcc -S file.c：將C源代碼文件轉(zhuǎn)換為匯編語言文件file.s。
   • gcc -S file.s：將匯編語言文件file.s轉(zhuǎn)換為目標(biāo)文件file.o。

4. 鏈接：

   • gcc file1.o file2.o -o output：將多個(gè)目標(biāo)文件file1.o和file2.o鏈接成可執(zhí)行文件output。
   • gcc -shared file1.o file2.o -o liboutput.so：將多個(gè)目標(biāo)文件鏈接成共享庫liboutput.so（動(dòng)態(tài)鏈接庫）。
   • gcc -static file1.o file2.o -o output：將多個(gè)目標(biāo)文件鏈接成靜態(tài)庫output。

5. 其他參數(shù)：

   • -Wall：開啟所有警告信息的顯示。
   • -O：進(jìn)行優(yōu)化，默認(rèn)級別為-O1，可設(shè)置為-O2或-O3以獲得更高的優(yōu)化級別。
   • -g：生成含有調(diào)試信息的可執(zhí)行文件，用于調(diào)試和跟蹤錯(cuò)誤。
   • -I：指定頭文件路徑。
   • -L：指定庫文件路徑。

除了以上列舉的一些常用編譯命令以外，gcc還具有許多其他功能和選項(xiàng)，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。gcc是一個(gè)功能強(qiáng)大而靈活的編譯工具，提供了廣泛的功能來支持程序的開發(fā)和編譯。你可以通過man gcc命令在Linux終端上查看gcc的詳細(xì)文檔。

三、g++的使用

1. 概念

g++是GCC套件中作為C++編譯器的部分。它是用于編譯C++源代碼的GNU編譯器，支持標(biāo)準(zhǔn)的C++語言規(guī)范，并提供了一些特定于C++的功能和優(yōu)化。

g++具有與gcc相似的命令行參數(shù)和用法，但專注于編譯和鏈接C++代碼。

2. g++的常用命令和選項(xiàng)

1. 編譯：

   • g++ -c file.cpp：編譯C++源代碼文件file.cpp，生成目標(biāo)文件file.o。
   • g++ -o output file.o：將C++目標(biāo)文件file.o鏈接成可執(zhí)行文件output。

2. 預(yù)處理：

   • g++ -E file.cpp：執(zhí)行C++源代碼的預(yù)處理，將宏替換、條件編譯等展開，并將結(jié)果輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出。
   • g++ -E -o output.i file.cpp：將預(yù)處理的結(jié)果保存到output.i文件。

3. 匯編：

   • g++ -S file.cpp：將C++源代碼文件轉(zhuǎn)換為匯編語言文件file.s。
   • g++ -S file.s：將匯編語言文件file.s轉(zhuǎn)換為目標(biāo)文件file.o。

4. 鏈接：

   • g++ file1.o file2.o -o output：將多個(gè)C++目標(biāo)文件file1.o和file2.o鏈接成可執(zhí)行文件output。
   • g++ -shared file1.o file2.o -o liboutput.so：將多個(gè)目標(biāo)文件鏈接成共享庫liboutput.so（動(dòng)態(tài)鏈接庫）。
   • g++ -static file1.o file2.o -o output：將多個(gè)目標(biāo)文件鏈接成靜態(tài)庫output。

5. 其他參數(shù)：

   • -Wall：開啟所有警告信息的顯示。
   • -O：進(jìn)行優(yōu)化，默認(rèn)級別為-O1，可設(shè)置為-O2或-O3以獲得更高的優(yōu)化級別。
   • -g：生成含有調(diào)試信息的可執(zhí)行文件，用于調(diào)試和跟蹤錯(cuò)誤。
   • -I：指定頭文件路徑。
   • -L：指定庫文件路徑。

g++除了支持C++語言特性外，也能編譯C語言代碼。因此，對于僅包含C語言代碼的項(xiàng)目，可以直接使用g++來進(jìn)行編譯。

與gcc類似，g++還提供了更多的功能和選項(xiàng)，支持C++的特性、庫和模板?？梢酝ㄟ^man g++命令在Linux終端上查看g++的詳細(xì)文檔。

總結(jié)

博主為大家紹了編譯的四大過程（預(yù)處理、編譯、匯編和鏈接）以及在Linux下使用gcc和g++的基本知識。

編譯是將源代碼轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行文件的過程，包括預(yù)處理、編譯、匯編和鏈接四個(gè)階段。預(yù)處理階段對源代碼進(jìn)行宏替換、頭文件包含等操作；編譯階段將預(yù)處理后的代碼翻譯為匯編代碼；匯編階段將匯編代碼轉(zhuǎn)換為機(jī)器碼；鏈接階段將多個(gè)目標(biāo)文件合并成一個(gè)可執(zhí)行文件。

gcc是GNU Compiler Collection的一部分，支持多種編程語言，并提供了完整的編譯工具鏈。通過gcc，我們可以進(jìn)行源代碼的編譯、預(yù)處理、匯編和鏈接操作。gcc具有豐富的命令行選項(xiàng)，可以控制編譯的行為，比如優(yōu)化級別、警告信息等。

g++則是gcc套件中的C++編譯器，專門用于編譯和鏈接C++代碼。與gcc類似，g++支持C++的語法和特性，并提供了專門的命令和選項(xiàng)。

通過學(xué)習(xí)，我們了解了編譯的四個(gè)階段，以及gcc和g++在Linux下的基本用法。這些知識對于開發(fā)者來說是非常重要的，可以幫助我們將源代碼編譯為可執(zhí)行文件，并為我們的程序提供更高效的執(zhí)行環(huán)境。同時(shí)，熟練掌握gcc和g++的使用方法，可以提高我們的開發(fā)效率和代碼質(zhì)量。

要深入了解gcc和g++的更多功能和選項(xiàng)，建議查閱官方文檔或相關(guān)參考資料。編譯是軟件開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)，通過繼續(xù)學(xué)習(xí)和實(shí)踐，我們可以更好地理解編譯原理和技術(shù)，從而編寫出高質(zhì)量的代碼。

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