GCC

GCC

GNU 计划，最终的目标是打造一套完全自由、开源的操作系统。

早期 GCC 的全拼为 GNU C Compiler，即 GUN 计划诞生的 C 语言编译器，显然最初 GCC 的定位确实只用于编译 C 语言。

GCC的功能得到了很大的扩展，它不仅可以用来编译C语言程序，还可以处理C++、GO等多种语言。被重新定义为 GNU Compiler Collection，即 GNU 编译器套件。

安装GCC编译器

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yum -y install gcc
yum -y install gcc-c++

1. 以源码的方式安装

   1 2	yum install -y glibc-static libstdc++-static # 所需的静态链接库 yum install -y gcc gcc-c++

2. 安装包

   gcc-10.1.0.tar.gz

Windows平台安装

GCC 移植版主要有 2 种，分别为 MinGW 和 Cygwin。

1. MinGW 侧重于服务 Windows 用户可以使用 GCC 编译环境，直接生成可运行 Windows 平台上的可执行程序，相比后者体积更小，使用更方便。
2. Cygwin 则可以提供一个完整的 Linux 环境，借助它不仅可以在 Windows 平台上使用 GCC 编译器，理论上可以运行 Linux 平台上所有的程序。

GCC的组成部分

C程序的编译过程

预处理

处理那些源文件和头文件中以#开头的命令。

规则：

• 将所有的#define删除，并展开所有的宏定义。
• 处理所有条件编译命令，比如 #if、#ifdef、#elif、#else、#endif 等。
• 处理#include命令，将被包含文件的内容插入到该命令所在的位置，这与复制粘贴的效果一样。注意，这个过程是递归进行的，也就是说被包含的文件可能还会包含其他的文件。
• 删除所有的注释//和/* ... */。
• 添加行号和文件名标识，便于在调试和出错时给出具体的代码位置。
• 保留所有的#pragma命令，因为编译器需要使用它们。

预处理的结果是生成.i文件。

命令：

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g++ -E hello.cpp -o hello.i

-E表示只进行预编译。

编译

进行一些列的词法分析、语法分析、语义分析以及优化后生成相应的汇编代码文件。

编译的结果是生成.s文件。

命令：

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g++ -S hello.cpp -o hello.s
g++ -S hello.i -o hello.s

汇编

将汇编代码转换成可以执行的机器指令。

汇编的结果是产生目标文件，在 GCC 下的后缀为.o，在 Visual Studio 下的后缀为.obj。

链接

目标文件已经是二进制文件，与可执行文件的组织形式类似，只是有些函数和全局变量的地址还未找到，程序不能执行。

链接的作用就是找到这些目标地址，将所有的目标文件组织成一个可以执行的二进制文件。

GCC编译C/C++程序

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g++ hello.cpp

GCC 编译器会在当前目录下生成一个名为 a.out 的可执行文件。

GCC -E选项

通过为 gcc 指令添加 -E 选项，即可控制 GCC 编译器仅对源代码做预处理操作。

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。

和 -o 选项连用，将结果导入到指令的文件中。

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g++ -E hello.cpp -o hello.i

为 gcc 指令再添加一个 -C 选项，阻止 GCC 删除源文件和头文件中的注释。

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gcc -E -C demo.c -o demo.i

GCC -S选项：编译非汇编文件

编译是整个程序构建的核心部分，也是最复杂的部分之一。

编译，简单理解就是将预处理得到的程序代码，经过一系列的词法分析、语法分析、语义分析以及优化，加工为当前机器支持的汇编代码。

默认情况下，编译操作会自行新建一个文件名和指定文件相同、后缀名为 .s 的文件，并将编译的结果保存在该文件中。

为 gcc -S 指令添加 -o 选项，令 GCC 编译器将编译结果保存在我们指定的文件中。

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gcc -S demo.i -o test.i

最终生成的 .s 汇编文件。

GCC -c选项：生成目标文件

汇编其实就是将汇编代码转换成可以执行的机器指令。

为 gcc 指令添加 -c 选项，即可让 GCC 编译器将指定文件加工至汇编阶段，并生成相应的目标文件。

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gcc -c demo.s

生成了和 demo.s 同名但后缀名为 .o 的文件，这就是经过汇编操作得到的目标文件。

可以为 gcc -c 指令在添加一个 -o 选项，用于将汇编操作的结果输入到指定文件中。

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gcc -c demo.s -o test.o

GCC -l选项：手动添加链接库

链接器把多个二进制的目标文件（object file）链接成一个单独的可执行文件。

在链接过程中，它必须把符号（变量名、函数名等一些列标识符）用对应的数据的内存地址（变量地址、函数地址等）替代，以完成程序中多个模块的外部引用。

当把程序链接到一个链接库时，只会链接程序所用到的函数的目标文件。

标准库的大部分函数通常放在文件 libc.a 中，或者放在用于共享的动态链接文件 libc.so 中。

链接库一般位于 /lib/ 或 /usr/lib/，或者位于 GCC 默认搜索的其他目录。

GCC 默认会链接 libc.a 或者 libc.so，但是对于其他的库（例如非标准库、第三方库等），就需要手动添加。

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gcc main.c -o main.out -lm

有三种方式可以链接在 GCC 搜索路径以外的链接库：

1. 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。

   1	gcc main.c -o main.out /usr/lib/libm.a

2. 用-L选项，为 GCC 增加另一个搜索链接库的目录：

   1	gcc main.c -o main.out -L/usr/lib -lm

3. 包括所需链接库的目录加到环境变量 LIBRARYPATH 中。

gcc指令一次处理多个文件

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gcc -c demo1.c demo2.c

GCC编译多文件项目

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

gcc 指令还可以直接编译并链接它们

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

如果一个项目中有十几个甚至几十个源文件,用 *.c 表示所有的源文件。

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gcc *.c -o main.exe

GCC使用静态链接库和动态链接库

库文件中每个目标文件存储的代码，并非完整的程序，而是一个个实用的功能模块。

C++ 库文件不仅提供有使用的函数，还有大量事先设计好的类（如 string 字符串类）。

头文件和库文件并不是一码事，它们最大的区别在于：头文件只存储变量、函数或者类等这些功能模块的声明部分，库文件才负责存储各模块具体的实现部分。

所有的库文件都提供有相应的头文件作为调用它的接口。

库文件是无法直接使用的，只能通过头文件间接调用。

库文件只是一个统称，代指的是一类压缩包，它们都包含有功能实用的目标文件。

库文件用于程序的链接阶段。

采用静态链接方式实现链接操作的库文件，称为静态链接库；采用动态链接方式实现链接操作的库文件，称为动态链接库。

静态链接库

程序文件中哪里用到了库文件中的功能模块，GCC 编译器就会将该模板代码直接复制到程序文件的适当位置，最终生成可执行文件。

优势劣势：

• 优势是，生成的可执行文件不再需要任何静态库文件的支持就可以独立运行（可移植性强）；
• 劣势是，如果程序文件中多次调用库中的同一功能模块，则该模块代码势必就会被复制多次，生成的可执行文件中会包含多段完全相同的代码，造成代码的冗余。

动态链接库

程序文件中哪里需要库文件的功能模块，GCC 编译器不会直接将该功能模块的代码拷贝到文件中，而是将功能模块的位置信息记录到文件中，直接生成可执行文件。

采用动态链接库生成的可执行文件运行时，GCC 编译器会将对应的动态链接库一同加载在内存中，由于可执行文件中事先记录了所需功能模块的位置信息，所以在现有动态链接库的支持下，也可以成功运行。

优势劣势：

• 真正的实现代码会在程序运行时被载入内存，这意味着，即便功能模块被调用多次，使用的都是同一份实现代码。
• 此方式生成的可执行文件无法独立运行，必须借助相应的库文件（可移植性差）。

动态链接库生成的可执行文件的体积更小，因为其内部不会被复制一堆冗余的代码。

GCC 编译器生成可执行文件时，默认情况下会优先使用动态链接库实现链接操作，除非当前系统环境中没有程序文件所需要的动态链接库，GCC 编译器才会选择相应的静态链接库。

静态链接库和动态链接库通常存放在 /usr/bin 或者 /bin 目录下。