Linux下GCC教程

环境：Ubuntu 18.04.6

文章参考：爱编程的大丙 (subingwen.cn)

简介：

GCC是Linux下的编译工具集，是GNU Compiler Collection的缩写，包含gcc、g++等编译器，该工具及不仅包含编译器，还包含其他工具集，例如ar、num等。

GCC工具集不仅能编译C/C++语言，其它例如Objective-C、Pascal、FOrtan、Java、Ada等语言均能进行编译。GCC可以根据不同的硬件平台进行编译，可以进行交叉编译，在A平台上编译B平台上的程序，支持常见的X86、ARM、PowerPC、mips等，以及Linux、Windows等软件平台。

1. 安装

sudo apt update # 更新apt下载源，尽可能保证下载到的软件是最新的
sudo apt install gcc g++	# 同时下载gcc和g++

安装完毕后，查看版本：

gcc -v
g++ -v

2. 工作流程

GCC编译器的工作流程分为四步：

1. 预处理：GCC调用预处理器主要完成三件事：
   • 展开头文件
   • 宏替换
   • 去掉注释行
2. 编译和优化：GCC调用编译器对文件进行编译，得到汇编文件。
3. 汇编：GCC调用汇编器对汇编文件进行汇编，得到二进制文件。
4. 链接：GCC调用链接器对程序需要的库进行链接，最终得到一个可执行的二进制文件。

具体如下：

处理前文件名后缀	处理	gcc参数	处理后文件名后缀
.c/.cpp	预处理	-E	.i
.i	编译	-S	.s
.s	汇编	-c	.o
.o	链接	无	无固定后缀

EG:

1. 新建程序：test.c

   // 假设程序对应的源文件名为 test.c
   #include <stdio.h>
   #include <stdlib.h>
   #include <unistd.h>
   #include <string.h>
   
   int main()
   {
       #ifdef HELLO
       printf("HELLO宏被定义");
       #endif
       int arr[5] = {1,2,3,4,5};
       for(int i=0; i<5; ++i)
       {
           printf("arr[%d] = %d\n", i, array[i]);
       }
       return 0;
   }
   

2. 预编译：

   gcc -E test.c -o test.i
   

   得到文件形式如下：

   // 前面是展开的头文件
   
   int main()
   {
       
       
       
       int arr[5] = {1,2,3,4,5};
       for(int i=0; i<5; ++i)
       {
           printf("arr[%d] = %d\n", i, array[i]);
       }
       return 0;
   }
   

   可以看出：

   • 头文件被展开
   • 注释被消去
   • 宏常量被替换。

3. 编译：

   gcc -S test.i -o test.s
   

   得到的test.s文件内是汇编语言。

4. 汇编：

   gcc -c test.s -o test.o
   

   得到二进制文件。

5. 链接：

   gcc test.o -o test
   

   得到可执行文件test

6. 执行test文件，输出如下：

   ./test
   arr[0] = 1
   arr[1] = 2
   arr[2] = 3
   arr[3] = 4
   arr[4] = 5
   

3. gcc常用参数

以下表格列出gcc常用参数，这些参数在实际使用中并无顺序之分，只要指定即可。

参数	作用
-E	对源文件预编译，不进行编译
-S	对源文件进行编译，不进行汇编。
-c	对源文件进行汇编，不进行链接。
-o file	将原文件编译为file
-I	指定include头文件的搜索路径
-D	在程序编译时，定义一个宏（在预编译阶段生效，因为该阶段会进行宏替换）
-w	不生成任何警告信息。（不推荐，因为有时警告信息就是报错）
-Wall	生成所有警告信息。
-O[n]	编译时优化代码。n代表优化的级别，0不优化，1为缺省值，3优化级别最高。
-l（小写的l）	在程序编译时，指定使用的库的名字。要去掉前缀和后缀
-L	指定编译的时候，搜索的库的路径。相对或绝对路径均可
-fpic/fPIC	生成与位置无关的代码（通常动态链接库使用）
-shared	生成共享目标文件。通常在建立共享库时。
-std	指定C/C++方言，如-std=c99，gcc默认的方亚是GNU C

3.1 搜索头文件（-I）

注意是大写的i不是小写的l

编写文件如下：

1. 头文件./include/head.h：

   #ifndef _HEAD_H
   #define _HEAD_H
   // 加法
   int add(int a, int b);
   // 减法
   int sub(int a, int b);
   #endif
   

2. 加法文件：./add.c

   #include <stdio.h>
   #include "head.h"
   int add(int a, int b){
       return a+b;
   }	
   

3. 减法文件：./sub.c

   #include <stdio.h>
   #include "head.h"
   
   int sub(int a, int b)
   {
       return a-b;
   }
   

4. 测试文件：./main.c：

   #include <stdio.h>
   #include "head.h"
   
   int main()
   {
       int a = 10;
       int b = 5;
       printf("a+b=%d\n", add(a, b));
       printf("a-b=%d\n", sub(a,b));
       return 0;
   }
   

最终文件结构如下：

.
├── add.c
├── cal
├── include
│   └── head.h
├── main.c
└── sub.c

此时使用gcc进行编译，发现无法找到头文件head.h。头文件寻找策略如下：

• 在c/c++中，头文件如果使用<>，那就是从默认库中寻找（linux默认在/usr/lib）
• 如果是""包裹，那就从当前目录下寻找。

而头文件在include下，自然找不到，因此要在编译时指定头文件目录：

gcc *.c -o cal -I include/

编译成功。

3.2 定义宏（-D）

在编译程序时我们可以额外指定一个宏，这个宏会被写入文件中，从而对文件进行一定的控制。该指令实际在预编译阶段使用，因为该阶段会展开宏。

EG：

1. 定义程序如下：

   #include <stdio.h>
   #define NUMBER 3
   
   int main()
   {
       #ifdef DEBUG
   	printf("这是一条调试信息\n");
       #endif
       for (int i = 0; i < NUMBER; i++)
       {
           printf("%d\n", i);
       }
       return 0;
   }
   

2. 不指定宏进行编译：此时不会输出调试语句

   gcc test.c -o test.o
   ./test.o
   0
   1
   2
   

3. 指定宏进行编译：

   gcc test.c -o test.o -D DEBUG
   ./test.o
   这是一条调试信息
   0
   1
   2
   

使用场景：

用于控制调试语句，将所有调试语句根据宏的存在与否判断是否编译，这样就可以在灵活控制程序中调试信息输出与否。

4. gcc与g++

二者之间的区别如下：

• 在编译阶段（即预编译之后的阶段）：
  • 后命名为.c的文件，gcc将其视作C程序，而g++将其视作C++程序。
  • 后缀名为.cpp的文件，gcc和g++都会将其视作C++程序。
  • 在该阶段g++会调用gcc对文件进行编译。也就是说编译阶段只会由gcc完成。
• 在链接阶段（最后一个阶段）：
  • gcc和g++都能连接到标准C库。
  • g++可以自动链接到C++标注库，而gcc想要连接到C++标准库需要参数lstdc++
• 关于_cplusplus宏的定义
  • g++会自动定义该宏，但这并不影响其对于c文件的编译。
  • gcc需要根据后缀名来确认是否需要定义该宏。

综上：

• gcc和g++都能编译C文件
• g++能直接编译C++文件，而gcc需要添加参数-lstdc++
• gcc和g++都能定义宏_cplusplus

EG：

# 编译c程序
gcc test.c -o test
g++ test.c -o test
# 编译c++程序
g++ test.cpp -o test
gcc test.cpp -o test -lstdc++