【Linux 系统】gcc/g++使用零星整理

操作系统大致分为 2 大阵营，分别是 Windows 阵营和类 Unix 阵营（包括 Unix、Linux、Mac OS、安卓等）。通常情况下，Windows 系统下用户更习惯使用现有的 IDE 来编译程序；而类 Unix 系统下，用户更喜欢直接编写相应的 gcc 命令来编译程序。GNU 计划的实施可谓一波三折，最重要的一点是，虽然该计划为 GNU 操作系统量身定做了名为 Thr Hurd 的系统内核，但由于其性能比不上同时期诞生的 Linux 内核，最终 GNU 计划放弃 The Hurd 而选用 Linux 作为 GNU 操作系统的内核。在 Linux 内核的基础上，GNU 计划开发了很多系统部件，GCC 就是其中之一。

sudo apt install gcc
gcc --version
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1. gcc & g++

1. GCC 编译器已经为我们提供了调用它的接口，对于 C 语言或者 C++ 程序，可以通过执行 gcc 或者 g++ 指令来调用 GCC 编译器。

2. 只要是 GCC 支持编译的程序代码，都可以使用 gcc 命令完成编译。可以这样理解，gcc 是 GCC 编译器的通用编译指令，因为根据程序文件的后缀名，gcc 指令可以自行判断出当前程序所用编程语言的类别，比如：

• xxx.c：默认以编译 C 语言程序的方式编译此文件；
• xxx.cpp：默认以编译 C++ 程序的方式编译此文件。
• xxx.m：默认以编译 Objective-C 程序的方式编译此文件；
• xxx.go：默认以编译 Go 语言程序的方式编译此文件；

3. 如果使用 g++ 指令，则无论目标文件的后缀名是什么，该指令都一律按照编译 C++ 代码的方式编译该文件。也就是说，对于 .c 文件来说，gcc 指令以 C 语言代码对待，而 g++ 指令会以 C++ 代码对待。但对于 .cpp 文件来说，gcc 和 g++ 都会以 C++ 代码的方式编译。

4. 如果想使用 gcc 指令来编译执行 C++ 程序，需要在使用 gcc 指令时，手动为其添加 -lstdc++ -shared-libgcc 选项，表示 gcc 在编译 C++ 程序时可以链接必要的 C++ 标准库。

5. g++ 指令就等同于 gcc -xc++ -lstdc++ -shared-libgcc 指令

2. gcc std 编译标准

3. gcc & g++ 编译程序案例

.1. 单文件编译案例

• c语言

//存储在 demo.c 文件中
#include 
int main(){
   puts("GCC教程：http://c.xinbaoku.com/gcc/");
   return 0;
}
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gcc demo.c -o a.out
./a.out
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• cpp

//位于 demo.cpp 文件中
#include 
using namespace std;

int main(){
    cout << "GCC教程：http://c.xinbaoku.com/gcc/" << endl;
    return 0;
}
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g++ demo.cpp  #或者 gcc -xc++ -lstdc++ -shared-libgcc demo.cpp
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.2. 预处理 -E

• 展开所有的宏定义

• 处理条件编译指令

• 处理 include 预编译指令

• 删除注释

• 添加行号以及文件名标识

• 但是会保留 #progma 编译器指令

#include 
int main(void){
    puts("hello world");
    return 0;
}
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#默认情况下 gcc -E 指令只会将预处理操作的结果输出到屏幕上，并不会自动保存到某个文件。因此该指令往往会和 -o 选项连用，将结果导入到指令的文件中

# -C 选项，阻止 GCC 删除源文件和头文件中的注释
gcc -E demo.c -o demo.i

gcc -E -C demo.c -o demo.i
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.3. 编译 -S

• 进行词法分析，语法分析，语义分析

  • 词法分析 — 利用一个扫描器，将字符序列分割成一个个记号（例如：array 标识符，[ 左方括号）

  • 语法分析 — 产生语法树，检测语法

  • 语义分析 — 在语法树的基础上，加上类型，加隐式转换的节点，再次进行分析

• 进行代码优化

  • 删除多余的运算
  • 代码外提，把可以在循环外面所执行的代码提出
  • 强度削弱，将强度大的运算换算成小的运算，例如将乘法转化为加法
  • 变换循环的控制条件，可以将原本不必要的变量直接在循环内部剔除
  • 合并已知量和复写传播，将已知量直接替换避免计算
  • 删除无用赋值

• 产生相应的汇编代码源文件

gcc -S demo.i -o test.i
gcc -S demo.c -fverbose-asm  # 提高汇编代码的可读性
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.4. 汇编 -C

• 将汇编代码源文件翻译成机器语言；根据各个平台不同的汇编语言来进行 “翻译”
• 利用汇编器 as

gcc -c main.s -o main.o
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.5. 链接 -o

• 合并段，进行符号解析，分配虚拟地址空间
  • 合并各个目标文件的.data段,.test段等等，重新调整偏移地址
  • 符号解析：找到符号表中的各个符号的唯一的定义
• 进行符号的重定向
  • 一开始的目标文件是单独编译的，它的里面很多函数，方法并不知道存在的地址，在进行符号解析，为他们分配了虚拟地址空间之后，回过头来为这些符号填充上地址

4. 链接其他库文件

• 把链接库作为一般的目标文件，为 GCC 指定该链接库的完整路径与文件名。

#链接库名为 libm.a，并且位于 /usr/lib 目录，那么下面的命令会让 GCC 编译 main.c，然后将 libm.a 链接到 main.o：
gcc main.c -o main.out /usr/lib/libm.a
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• 使用 -L 选项，为 GCC 增加另一个搜索链接库的目录：

# 数学库的文件名是 libm.a。前缀 lib 和后缀.a 是标准的，m 是基本名称，GCC 会在 -l 选项后紧跟着的基本名称的基础上自动添加这些前缀、后缀，本例中，基本名称为 m。
gcc main.c -o main.out -L/usr/lib -lm
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• 一次处理多个文件

gcc myfun.c main.c -o main.exe

gcc *.c -o main.exe   
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5. 链接库

.1. 静态链接库

demo项目
   ├─ headers
   │     └─ test.h
   └─ sources
          ├─ add.c
          ├─ sub.c
          ├─ div.c
          └─ main.c
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#直接编译
gcc main.c add.c sub.c div.c -o main.exe
 
 #编译成静态链接库
 #  1. 将所有指定的源文件，都编译成相应的目标文件：
gcc -c sub.c add.c div.c
#   2. 然后使用 ar 压缩指令，将生成的目标文件打包成静态链接库，其基本格式如下：ar rcs 静态链接库名称 目标文件 1 目标文件 2 ...
ar rcs libmymath.a add.o sub.o div.o

#使用编译的静态链接库
 gcc -c main.c
 gcc -static main.o libmymath.a  # gcc main.o -static -L /root/demo/ -lmymath
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.2. 动态链接库使用

#1) 直接使用源文件创建动态链接库，gcc -fpic -shared 源文件名... -o 动态链接库名
gcc -fpic -shared add.c sub.c div.c -o libmymath.so

#2) 先使用 gcc -c 指令将指定源文件编译为目标文件。仍以 demo 项目中的 add.c、sub.c 和 div.c 为例，先执行如下命令：
gcc -c -fpic add.c sub.c div.c
gcc -shared add.o sub.o div.o -o libmymath.so

#动态链接库使用
gcc main.c  libmymath.so -o main.exe
ldd main.exe    #查看当前文件在执行时需要用到的所有动态链接库，以及各个库文件的存储位置
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• 将链接库文件移动到标准库目录下（例如 /usr/lib、/usr/lib64、/lib、/lib64）；
• 在终端输入 export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:xxx，其中 xxx 为动态链接库文件的绝对存储路径（此方式仅在当前终端有效，关闭终端后无效）；
• 修改～/.bashrc 或～/.bash_profile 文件，即在文件最后一行添加 export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:xxx（xxx 为动态库文件的绝对存储路径）。保存之后，执行 source .bashrc 指令

6. 库找不到问题

1. 利用静态库或者动态库文件实现链接操作（生成可执行文件）时，GCC 可能会提示 “xxx:No such file or directory”（其中 xxx 表示查找失败的静态库或者动态库）；
2. 执行借助动态库生成的可执行文件时，GCC 可能会提示 “./main.exe: error while loading shared libraries: xxx.so: cannot open shared object file: No such file or directory”（其中 xxx 表示动态库的文件名）。

.1. 链接操作无法找到库文件

#GCC 编译器只会在当前目录中（这里为 demo 目录）查找 libmymath.a 静态链接库；
gcc -static main.c libmymath.a -o main.exe  

#使用 -l（小写的 L）选项指明了要查找的静态库的文件名，则 GCC 编译器会按照如下顺序，依次到指定目录中查找所需库文件：
#  如果 gcc 指令使用 -L 选项指定了查找路径，则 GCC 编译器会优先选择去该路径下查找所需要的库文件；
#  再到 Linux 系统中 LIBRARY_PATH 环境变量指定的路径中搜索需要的库文件；
# 最后到 GCC 编译器默认的搜索路径（比如 /lib、/lib64、/usr/lib、/usr/lib64、/usr/local/lib、/usr/local/lib64 等，不同系统环境略有差异）中查找。
gcc -static main.c -lmymath -o main.exe
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.2. 执行操作无法找到库文件

当 GCC 编译器运行可执行文件时，会按照如下的路径顺序搜索所需的动态库文件：

1. 如果在生成可执行文件时，用户使用了 -Wl,-rpath=dir（其中 dir 表示要查找的具体路径，如果查找路径有多个，中间用：冒号分隔）选项指定动态库的搜索路径，则运行该文件时 GCC 会首先到指定的路径中查找所需的库文件；
2. GCC 编译器会前往 LD_LIBRARY_PATH 环境变量指明的路径中查找所需的动态库文件；
3. GCC 编译器会前往 /ect/ld.so.conf 文件中指定的搜索路径查找动态库文件； 该文件里面包含了若干自己编译的.so文件
4. GCC 编译器会前往默认的搜索路径中（例如 /lib、/lib64、/usr/lib、/usr/lib64 等）中查找所需的动态库文件。

注意，可执行文件的当前存储路径，并不在默认的搜索路径范围内，因此即便将动态库文件和可执行文件放在同一目录下，GCC 编译器也可能提示 “找不到动态库”。

• 将动态库文件的存储路径，添加到 LD_LIBRARY_PATH 环境变量中。假设动态库文件存储在 /usr 目录中，通知执行 export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/usr 指令，即可实现此目的（此方式仅在当前命令行窗口中有效）；
• 修改动态库文件的存储路径，即将其移动至 GCC 编译器默认的搜索路径中。
• 修改～/.bashrc 或～/.bash_profile 文件，即在文件最后一行添加 export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:xxx（xxx 为动态库文件的绝对存储路径）。保存之后，执行 source .bashrc 指令（此方式仅对当前登陆用户有效）。

7. GCC 编译制定头文件和库文件案例

• • g++ test.cpp -l$lib-L$PATH -I$include-Wl,-rpath=$rpath
  • -I跟头文件路径
  • -L:静态库目录
  • -l:静态库名字
  • Wl,-rpath=跟so依赖的so路径
  • 可以通过locate, find / -name “” 找到系统所在路径
  • 可以通过 rpm -qf 查找链接库所在的包，然后去下载

8. Scons 构建项目

• https://rebootcat.com/2020/08/30/scons/
• https://chowdera.com/2022/04/202204090527222007.html