Linux系统编程学习笔记

1 前言

1.1 环境

平台：uabntu20.04

工具：vim,gcc,make

1.2 GCC

Linux系统下的GCC（GNU Compiler Collection）是GNU推出的功能强大、性能优越的多平台编译器，是GNU的代表作品之一。gcc是可以在多种硬体平台上编译出可执行程序的超级编译器，其执行效率与一般的编译器相比平均效率要高20%~30%。

GCC编译器能将C、C++语言源程序、汇程式化序和目标程序编译、链接成可执行文件，如果没有给出可执行文件的名字，gcc将生成一个名为a.out的文件。

GCC编译器编译C源文件为可执行文件的步骤：

C源文件---->预处理.i---->编译.s（生成汇编文件）---->汇编.o/.obj（生成目标文件）---->链接.out（生成可执行文件）---->可执行文件

gcc命令参数（选项）

参数含义示例

|----|----------------------------------------|------------------------------------------------------|
| 参数 | 含义 | 示例 |
| -c | 对文件进行预处理、编译和汇编，生成obj文件 | gcc -c hello.c |
| -S | 只进行预处理和编译，生成汇编代码 | gcc -S hello.c |
| -E | 只进行预处理，这个选项不生成文件，可以使用重定向或者-o选项使其生成一个文件 | gcc -E hello.c > hello.i或者gcc -E hello.c -o hello.i |
| -o | 指定目标的名称，默认为a.out | gcc -o hello hello.c |

过程演示

例如源代码main.c：

cs 复制代码

#include<stdio.h>

int main(void) {
    printf("Hello World!\n");
    return 0; 
}

预编译：这个过程处理宏定义和include，去除注释，不会对语法进行检查。可以看到预编译后，源文件的代码从6行扩展了很多行，生成main.i

cs 复制代码

gcc -E main.c > main.i # 或者 gcc -E main.c -o main.i

cs 复制代码

// ...
// 只展示了一部分
extern int ftrylockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__)) ;


extern void funlockfile (FILE *__stream) __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__));
# 943 "/usr/include/stdio.h" 3 4

# 2 "main.c" 2
int main(void) {
    printf("Hello World!\n");
    return 0;
}

编译：这个阶段，检查语法，生成汇编代码main.s

cs 复制代码

gcc -S main.c -o main.s

cs 复制代码

        .file   "main.c"
        .section        .rodata
.LC0:
        .string "Hello World!"
        .text
        .globl  main
        .type   main, @function
main:
.LFB0:
        .cfi_startproc
        pushq   %rbp
        .cfi_def_cfa_offset 16
        .cfi_offset 6, -16
        movq    %rsp, %rbp
        .cfi_def_cfa_register 6
        movl    $.LC0, %edi
        call    puts
        movl    $0, %eax
        popq    %rbp
        .cfi_def_cfa 7, 8
        ret
        .cfi_endproc
.LFE0:
        .size   main, .-main
        .ident  "GCC: (GNU) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44)"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

汇编：这个阶段，生成目标代码main.o

cs 复制代码

gcc -c main.s -o main.o

链接：生成可执行代码main。

链接分为两种，一种是静态链接，另外一种是动态链接。

使用静态链接的好处是，依赖的动态链接库较少，对动态链接库的版本不会很敏感，具有较好的兼容性；缺点是生成的程序比较大。

使用动态链接的好处是，生成的程序比较小，占用较少的内存。

cs 复制代码

gcc main.o -o main

运行

cs 复制代码

[root@HongyiZeng c]# ./main
Hello World!

1.3 make

make命令是GNU工程化中的一个编译工具。make是依赖于Makefile来编译多个源文件的工具。在Makefile里同样是用gcc（或者别的编译器）来编译程序。

可以使用以下命令直接生成可执行文件：

cs 复制代码

make main

直接运行

cs 复制代码

[root@HongyiZeng c]# ./main
Hello World!

1.4 makefile

一个工程中的源文件不计其数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，makefile定义了一系列的规则来指定哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作。

1.4.1 使用gcc的例子

创建文件：

cs 复制代码

touch main.c tool1.c tool1.h tool2.c tool2.h

可以使用vim * -p打开当前目录下的所有文件。-p是打开多个文件的选项。

在命令模式下，gt切换到下一个标签页，gT切换到上一个标签页。

退出多个标签时，可加上a，例如:qa或者:wqa等

tool1.h和tool1.c

cs 复制代码

#ifndef __TOOL1_H__
#define __TOOL1_H__
    void mytool1();
#endif

cs 复制代码

#include <stdio.h>
#include "tool1.h" 
void mytool1() {
	printf("tool1 print...\n");
}

tool2.h和tool2.c

cs 复制代码

#ifndef __TOOL2_H__
#define __TOOL2_H__
    void mytool2();
#endif

cs 复制代码

#include <stdio.h>
#include "tool2.h"

void mytool2() {
    printf("tool2 print...\n");
}

main.c

cs 复制代码

#include "tool1.h"
#include "tool2.h"

int main(void) {
    mytool1();
    mytool2();
    return 0;
}

对所有文件进行编译：

cs 复制代码

gcc *.c

执行a.out

cs 复制代码

[root@HongyiZeng makefile]# ./a.out 
tool1 print...
tool2 print...