【Linux】超好用的编译工具 —— gcc/g++

文章将会为大家详细讲解gcc/g++中常用的选项和具体过程，相信看完的小伙伴都能快速掌握gcc/g++的使用。由于gcc和g++的选项和用法基本一致，所以我下面主要讲解gcc的使用，学会了gcc的使用，g++也就自然学会了。那么废话不多说，开始我们今天的内容。

一、安装gcc/g++
查看是否安装gcc

命令：gcc -v
如果你已经安装了gcc，那么你执行完上面的命令后就可以查看当前你的gcc版本。

 查看是否安装g++

命令：g++ -v

如果没有安装，请执行下面命令进行安装。

命令：sudo yum install -y gcc-c++
CentOS 7.6or8默认匹配的gcc版本是4.8，而这个版本对刚入门的小伙伴是完全够用了。
gcc是一个专门用来编译链接C语言的编译器，而g++是一个专门用来编译链接C++的编译器。
由于C++是兼容C语言的，所以你可以直接用g++来编译C语言，但是不能用gcc来编译C++，因为C语言不兼容C++。
二、背景知识
1. 预处理（进行宏替换)
2. 编译（生成汇编)
3. 汇编（生成机器可识别代码）
4. 连接（生成可执行文件或库文件）
具体可以参考我写的这几篇文章，里面很详细的讲解了预处理、编译、汇编、链接相关的重点知识

【C/C++内功心法】剖析编译链接的过程，探究源文件是如何一步步变成可执行程序，提升C/C++内功

【C/C++内功心法】详解宏和函数的区别

【C/C++内功心法】剖析预处理过程，详解预处理指令，提升C/C++内功

【C/C++内功心法】剖析预处理过程，详解其他预处理指令，提升C/C++内功

三、gcc如何完成
格式： gcc [选项] [要编译的文件] [选项] [目标文件]

1.预处理（进行宏替换）
预处理功能主要包括宏定义，文件包含，条件编译，去注释等。(具体可以看我上面说的那几篇文章)
预处理指令是以#号开头的代码行。
实例: gcc -E hello.c -o hello.i
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。（也就是说：从现在开始进行程序的翻译，如果预处理完成，就停下来！）
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。
举例：

#include<stdio.h>                                                                    
 
#define M 100
 
int main()
{
    printf("M: %d\n", M);
    printf("hello world1\n");
// 预处理后这些注释将会被删除
// 预处理后这些注释将会被删除
// 预处理后这些注释将会被删除
    printf("hello world2\n");
 
// 条件编译
#ifdef DEBUG 
    printf("hello debug\n");
#else 
    printf("hello release\n");
#endif
                                                                                     
    return 0;
}

预处理指令：

命令：gcc -E test.c -o test.i
也可以这样写：

只要-o后面跟的是想要生成的目标文件的文件名即可。

命令：gcc -E -o test.i test.c 
执行完上面的预处理指令后，当前路径下就会多一个test.i文件，我们进入并查看test.i文件的内容。

预处理完后头文件被展开，所以文件多了800多行代码，并且注释被删除，宏被替换，条件编译已完成。

2.编译（生成汇编）
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，在检查无误后，gcc 把代码翻译成汇编语言。
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。（也就是说：从现在开始进行程序的翻译，如果编译完成，就停下来！）
实例: gcc -S hello.i -o hello.s
提示：这里要编译的文件可以写hello.i也可以写hello.c，区别在于：写hello.i的话，编译器就直接从预处理好的test.i文件开始编译；写hello.c的话，编译器会从头开始先预处理一遍hello.c这个源文件，然后编译完成后停下来。
举例：（还是以上面那个代码举例）

编译指令：

命令：gcc -S test.i -o test.s
执行完上面的编译指令后，当前路径下就会多一个test.s文件，我们进入并查看test.s文件的内容。

这时，所有的代码就已经变成了汇编指令。

3.汇编（生成机器可识别代码）
汇编阶段是把编译阶段生成的“.s”文件转成目标文件。
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。
实例: gcc -c hello.s -o hello.o
举例：

汇编指令：

命令：gcc -c test.s -o test.o
执行完上面的汇编指令后，当前路径下就会多一个test.o文件（叫做可重定向目标文件），我们进入并查看test.o文件的内容。

这时，所有的代码就已经变成了二进制目标代码。

4.连接（生成可执行文件或库文件）
在成功编译之后,就进入了链接阶段。
并且连接不需要带任何选项
实例: gcc hello.o -o hello
举例：

汇编指令：

命令：gcc test.o -o test
执行完上面的链接指令后，当前路径下就会多一个test文件（可执行程序），这时我们就可以运行此文件了。

提示：如果想直接生成可执行文件的话，就不用带“-E”、“-S”、“-c”这些选项，其他的不变。

举例：

命令：gcc hello.c -o hello.exe
5.记忆选项的小技巧
预处理、编译、汇编对应的gcc选项分别是 “-E”、“-S”、“-c”，我们把这几个字母连起来也就是键盘的最左上角那个键【Esc】，我们只需要记住E和S是大写的，c是小写的即可。
而预处理、编译、汇编后形成的文件后缀连起来就是【iso】（iso也就是镜像文件的后缀）。
所以最后我们只需要记住选项【Esc】对应文件后缀【iso】即可。
6.一个重要的概念：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，是在哪里实现“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/lib64”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。
如何查看当前可执行文件所依赖的库？

命令：ldd test
如下就是test这个可执行文件所依赖的库：

当然，我们也能查看当前所有的所有头文件：

命令：ls /usr/include

总结：

这里的：/lib64/libc-2.17.so 就提供了C语言的方法（函数）实现。
/usr/include/stdio.h 就提供了C语言的方法列表（方法的声明）。
最终我们的可执行文件里面将会包含头文件stdio.h，并且将libc-2.17.so链接。
7.再谈链接过程与函数库。
一般链接的过程，是有两种方式的：

动态链接——需要动态库
静态链接——需要静态库
Linux下的文件名后缀：.so（动态库），.a（静态库）
Windows下的文件名后缀：.dll（动态库），.lib（静态库）
所以函数库也就分为静态库和动态库两种：

静态库是指编译链接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中,因此生成的文件比较大，但在运行时也就不再需要库文件了。其后缀名一般为“.a”
动态库与之相反，在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中，而是在程序执行时由运行时链接文件加载库，这样可以节省系统的开销。动态库一般后缀名为“.so”，如前面所述的 libc.so.6 就是动态库。gcc 在编译时默认使用动态库。完成了链接之后，gcc 就可以生成可执行文件。
如下所示：

命令：gcc hello.o –o hello
gcc默认生成的二进制程序，是动态链接的，这点可以通过 file 命令验证
例如：

命令：file test
这里我们就可以看到，test这个可执行文件是64位的，并且用的是动态链接。

如何查看Linux下大部分动静态库？

命令：ls /lib64

额外补充：

其实一个语言被设计，就是设计了这个语言的一堆头文件，和把这个语言写好后形成的库。然后我们就可以使用这个语言相关的语法函数了。
而在Windows下，我们下载vs2019这种集成开发环境为什么会这么大，这就是因为我们在下载vs2019的时候，它就会帮你自动下好你需要用的语言对应的所有头文件和库，因为我们使用一个语言是依赖于库的。
8.更多gcc常用选项
-E    只激活预处理，这个不生成文件，你需要把它重定向到一个输出文件里面。
-S    编译到汇编语言不进行汇编和链接。
-c    编译到目标代码。
-o    文件输出到 文件。
-static    此选项对生成的文件采用静态链接。
-g    生成调试信息。GNU 调试器可利用该信息。
-shared    此选项将尽量使用动态库，所以生成文件比较小，但是需要系统由动态库。
-O0    不做任何优化，这是默认的编译选项。
-O1    对程序做部分编译优化，对于大函数，优化编译占用稍微多的时间和相当大的内存。使用本项优化，编译器会尝试减小生成代码的尺寸，以及缩短执行时间，但并不执行需要占用大量编译时间的优化。
-O2    是比O1更高级的选项，进行更多的优化。gcc将执行几乎所有的不包含时间和空间折中的优化。当设置O2选项时，编译器并不进行循环打开（）loop unrolling以及函数内联。与O1比较而言，O2优化增加了编译时间的基础上，提高了生成代码的执行效率。 
-O3    比O2更进一步的进行优化，-O3的优化级别最高。
-w    不生成任何警告信息。
-Wall    生成所有警告信息。