开发工具——gcc/g++

开发工具gcc/g++

完成代码的编写完后，要形成可执行程序，需要编译工具进行对代码的编译。

C语言的编译工具是gcc，c++的编译工具是g++。

如果g++没有的话，可以切换到root执行命令yum  install  -y  gcc-c++

C语言和C++的编译：

gcc只能编译C语言，而g++可以编译c++也可以编译C语言。

在C语言的最后一章，已经学习了源代码到可执行程序的的简单步骤。下面来详细一点的说明。

源代码，即程序，本质上是文本；可执行程序是机器语言，也就是二进制组成的。

文本翻译成二进制要经过以下几个步骤：

预处理，编译，汇编，链接。

预处理要进行：宏替换，头文件展开，去注释，条件编译。

gcc和g++编译的过程和选项是一样的。

下面写一个包含宏，头文件，注释，条件编译的代码：

对代码进行编译，gcc test.c

如果要指定输出的可执行文件文件名需要 -o选项：gcc test.c -o mytest，-o的含义是，将程序处理后的结果写入mytest中。

这里gcc的编译是一步到位，想要得到预处理的结果，需要用到-E选项：gcc -E test.c -o test.i

-E的意思是：进行程序翻译的过程中，预处理完成就停下来。这里不带-o会把处理的结果显示到界面上，不方便查看。

vim打开test.c，进入底行模式，输入vs test.i就能比较两种有什么不同。

图示框出的部分即头文件所在路径。头文件要被拷贝进test.i中，就必须能被系统找到，要找到就必须知道头文件所在路径。

由图可知宏替换，注释，条件编译，头文件展开的效果

Ctrl + w + w可以在两个窗口之间来回切换。

下面来看一下系统的头文件：

注意：是usr路径不是user路径

所以，写代码不是包含一下头文件就完了，首先要有头文件，其次要能找到头文件。之前安装vs2019时，除了安装编译器，还要安装编译器所需要的库，也就是说老的编译器不支持新语法是因为附带安装的库中，没有新语法的库。

任何编译器都必须通过一定方式，知道包含的头文件所在路径。

在预处理完后，test.i中还是C语言，也就是说，预处理只是进行文本层面的操作。目的是为了编译更顺畅。

编译的作用：将C语言翻译成汇编语言。

关于汇编语言，不需要了解太多，只需要知道，和C语言不一样就行了。

得到编译的结果要使用-S选项：gcc -S test.i -o test.s

-S的含义：对文件进行处理的过程中，编译完成后就停下来。汇编语言的后缀是.s。

汇编的作用：将汇编语言文件翻译成二进制文件，更准确的说法是，可重定位的二进制文件。以.o或.obj结尾。

这个重定位和重定向(>、<、>>)没有关系。

查看汇编的结果需要使用-c选项：gcc -c test.s -o test.o

-c的含义：对文件进程处理的过程中，会汇编完成后就停止。

这里已经变成二进制文件了

但是仍然无法执行，即使加上x权限后依然无法执行。

原因很简单，虽然转换成二进制后可以被系统识别了，但是其中的一些函数符号，还没有和库关联起来

包含头文件是为了代码能使用头文件中包含的方法(函数)。

而在进行-E -S -c操作的对象始终是test.c，也就是说，从头到尾，只进行了test.c代码的编译。比如printf，包含的头文件，传了参数，但printf是如何实现的？printf实现的操作没有写在test.c中。printf的实现实际上是由C语言的库完成的，但刚才的过程中只编译了test.c的代码。

所以代码中需要的printf实现在哪里？代码中使用的printf如何和printf的实现产生关联？

头文件中是不包含所有函数的实现的，函数的实现存放在头文件所对应的库中。包含头文件只是方便编译。

printf的实现在C语言的标准库中，标准库一般在/lib64/libc*路径下的第一个文件中

只要调用了函数，就还需要最后一步：将使用的printf函数和库中的printf函数通过链接操作关联起来。才能实现可执行程序。

gcc不用添加任何选项，系统就会自动到特定路径下搜索所要使用的库

gcc test.o -o mytest的隐含操作就是链接自己和程序和库，形成可执行程序。

使用ldd指令可以查看可执行程序所依赖的库。

libc.so.6是一个链接文件，指向C语言标准库

Linux平时使用的命令也可能是由C语言写的，可以查看一下。

还有其他的很多文件都会用到C语言标准库。如果删除C语言标准库，那么很多文件和命令都会无法实现。

如果需要记忆预处理，编译，汇编指令的选项，有一个简单的记忆技巧：-E-S-c和esc键只有大小写的区别。形成的对应文件后缀合在一起则是iso，国际标准化组织的简称，也是镜像文件的后缀。

在最开始的学习中，包含头文件被认为是函数声明；在编写代码的时候，比如输入一个函数，会有语法提示，本质上就是通过对头文件进行搜索来完成语法提示的。

而库文件中则存在函数的实现，以供链接，形成自己的可执行程序。

动态库和静态库

动态库和静态库的内容也很多，先基本的认识一下

Linux下动态库后缀：.so；Windows下动态库后缀：.dll

Linux下静态库后缀：.a；Windows下静态库后缀：.lib

下面用一个故事简单介绍一下动态链接，静态链接：

假设你是一个科研人员，你所在的科研机构有一台超级计算机，在进入科研机构的时候，你就被告知超级计算机的位置。一天的日程安排如下：起床，吃饭，做实验，收集数据，用超级计算机分析数据，写报告，和同事聊天……在分析数据之前的行为自己可以独立完成，要分析数据，必须借助于超级计算机，好在知道超级计算机的位置，找到超级计算机，找出对应实验的分析方法，完成数据分析后，分析数据的任务完成，再返回到日程安排中，进行下一项任务。

一天的日程安排就相当于自己写的代码，分析数据就相当于某个需要动态库的函数。在还没有分析数据前就已经知道动态库的位置，这叫做将函数和动态库关联起来，也就是链接的过程(链接不是执行，链接是产生关系)。当开始执行代码时，执行到需要动态库的函数时，就跳转库中(超级计算机)，找到对应的函数实现(找出对应实验的分析方法) ，执行完毕后再返回，继续向后运行。

自己的日程行为就相当于自己写的代码，超级计算机中的实验分析方法就相当于库提供的函数实现，这种链接方式就叫做动态链接。动态链接的本质就是，在链接的时候，把需要的函数和库中的位置通过地址的方式关联起来。

科研机构中，需要使用超级计算机的不止一人，超级计算机是被所有科研人员所共享的。类比到系统当中，动态库就相当于超级计算机，被系统中所有文件和命令所共享。

静态链接本质上就是将库中的相关代码直接拷贝到相关程序中。比如有十个printf，每个printf都要把实现自己拷贝一份。静态链接后的程序，只要编译通过，就可以不要库，库只会使用一次。

动态链接的优缺点

优点：大家共享一个库，可以节省资源

缺点：一旦库缺失，会导致几乎所有程序失效。

静态链接的优缺点

优点：不依赖任何库，程序可以独立执行。

缺点：浪费资源。

可以通过file指令查看可执行程序的构成：

从框出来的内容来看，mytest是一个可执行程序，通过动态链接完成。

默认情况下，生成的可执行程序是通过动态链接完成的。

如果想要通过静态链接生成可执行程序，那么需要使用-static选项：gcc test.c -o mytest2 -static

-static选项需要安装静态库

安装指令：yum install -y glibc-static，这是C语言的静态库

安装指令：yum install -y libstdc++-static，这是C++的静态库

在仅仅使用printf函数的情况下，动态链接和静态链接的可执行文件大小差了近100倍。

再对mytest2使用ldd指令，就会弹出mytest2不是动态可执行的，file mytest2可以看到，静态链接。

正常情况下，动态链接的使用情况更多。默认情况下使用的是动态链接，甚至默认状态下是不带静态库的。但是如果软件要安装到别人的系统下，而别人的系统没有安装对应的库，这时候静态库就是必要的了。进行动态链接使用动态库，进行静态链接使用静态库。