gcc/g++的四步编译

目录

• 前言
• 1.预处理（进行宏替换）
• 2.编译（生成汇编）
• 3.汇编（生成二进制文件）
• [4. 链接 （生成可执行文件）](#4. 链接 （生成可执行文件）)
• • [a. 动态库 && 动态链接](#a. 动态库 && 动态链接)
  • [b. 静态库 && 静态链接](#b. 静态库 && 静态链接)
  • [c. 验证](#c. 验证)
  • [d. 动静态链接的异同](#d. 动静态链接的异同)
• [5. 指令总结](#5. 指令总结)

前言

该篇文章主要介绍 linux 平台中 gcc/g++ 编译器的使用及其编译原理（本文以g++为例），其中包括，预处理，编译，汇编，链接（着重讲述预处理和链接过程。

1.预处理（进行宏替换）

预处理阶段主要处理的工作有：去注释，头文件展开，条件编译以及宏替换。这可能是自从我们学习c语言之后，大家都铭记于心的一点。但是预处理之后，文件到底变成是什么样子？？我们来做个实验

以下是我们的测试代码：

然后我们通过g++编译器 进行四部编译的第一步操作

[outlier@localhost dir]$ g++ -E test.cpp -o test.i
其中的 -E 作用是告诉g++编译器，编译工作截止到预处理阶段就停止
而 -o 的左边的源文件，右边是编译完成之后生成的目标文件

ok，接下来我们对比两个文件有什么区别

左边是预处理后的源文件，右边是我们的c++文件，我们可以看到，头文件展开后，源代码量来到1w+，同时我们代码中原本的宏定义以及注释，以及被进行宏替换和注释去除的操作了，同时对源文件进行了条件编译的处理。

2.编译（生成汇编）

[outlier@localhost dir]$ g++ -S test.i -o test.s
其中的 -S 代表截止到编译阶段

生产的汇编文件如下图：

3.汇编（生成二进制文件）

[outlier@localhost dir]$ g++ -c test.s -o test.o
其中的 -c 代表截止到汇编阶段

生成的二进制文件如下图：

生成的 .o 文件属可重定位目标二进制文件，是不可独立执行的，需要经过链接操作才能执行。

4. 链接 （生成可执行文件）

[outlier@localhost dir]$ g++  test.o -o test
其中的 -c 代表截止到汇编阶段

运行效果如下图：

链接操作主要的工作即为，将上述汇编阶段之后形成的可重定位目标二进制文件 和 库文件 进行链接形成可执行程序。

那么，为什么需要链接呢？

在编译过程中的预处理阶段，编译器只是将头文件拷贝到我们的源文件中，而头文件只包含了我们需要用到的各种方法的声明，并没有包括实现，而各种方法的实现恰恰就在库文件当中。所以我们需要与库文件进行链接，进而形成可执行程序。

那么链接过程是怎么样子的呢？？

a. 动态库 && 动态链接

我们通过引入一个故事线进行阐述：

假设张三重生于10年代的高中时代，作为高中生的张三，非常喜欢打CF，但是又奈何家庭条件一般，家里没有电脑可以玩，于是在高中入学的时候，张三就找机会去向学长们打听到了学校附近的网吧，然后经过一番盘算，张三约了宿舍的好兄弟，计划好周末在学校留宿，然后白天去网吧跟兄弟们打CF。

于是乎，张三在周五晚上连夜制定了周末的计划：

9：00 吃早餐

9：30 语文作业

10：30 数学作业

12：00 吃午餐

13：00 午休

14：30 去网吧打CF

18：00 回学校

。。。。。。。。。。

23：30 睡大觉

接着，周六的太阳从东边缓缓升起，张三也随着计划表的时间线，从上而下去执行，除了网吧，张三计划的其它操作，都能够在学校当中完成，只有网吧打游戏的需求，学校满足不了，张三需要去网吧才能完成计划。而至于网吧在哪，张三已经提前向学长打听到了（学校南门往西500米处的）。而上完网吧后，张三便原路返回，并且随着时间线继续往下去执行自己的计划表。

那么故事就告一段路，我们可以从中类比得到：

所谓的网吧需求，也即我们的链接需求，我们的源代码中，只有头文件（方法的声明），没有库文件（方法的实现），因此我们对库文件有需求！！等价于故事性中张三可以在学校中完成除了打游戏的其它事情，打游戏需要到网吧才能完成。

再者，打游戏的可不仅仅是张三，还有张三的舍友，朋友等等，但是他们不需要去其它网吧，因为学校的网吧能够容纳学校的需求量，因此，张三打游戏也是去学校南门往西500米的网吧，张三的舍友、朋友也是去那个网吧。因此，网吧只要1个就够了，所以所谓的动态库，又称之为共享库，不是每个用户需要一个动态库，而是多个用户其实都是在使用同一个动态库，至于这个动态库在哪，等价于学长的编译器，会告诉你在哪。

一个月过去了。。。因为学校附近的网吧呼声越来越高，不小心透露到某些学生的家长耳中。家长们得知很是担忧，于是乎，家长们联合进行了一波举报。第二天，相关部门对该网吧进行一系列的检查，发现该网吧存在安全隐患等问题，对该网吧进行了封锁，停止其营业。而作为张三等人，并没有在第一时间得知，网吧被封锁了，于是在某个周末像往常一样，跟好兄弟们前往网吧打CF，到达目的地后才发现，网吧已经被封锁，无法正常使用。

而在上述的故事中，我们又能得知，所谓的网吧被封锁，导致的张三等人无法正常使用，即我们动态库有文件缺失，即无法继续正常使用，而影响的也不只是一个程序，所有程序可能 都会被影响。而上述这种链接方式，即为动态链接！

b. 静态库 && 静态链接

相信理解了动态链接的大致原理之后，静态链接也就游刃有余了。

所谓静态链接无非就是，张三上了大学之后，有了属于自己的笔记本电脑，再也不需要跑到网吧去了，只需要在床上翻个身子，来到创下的桌子，即可完成张三的需求。那么类似于这种，把库文件拷贝到自己的本地电脑中，这就是静态库！编译的时候使用镜本地电脑中的库文件进行链接，这就是静态链接！

c. 验证

g++ test.cpp -o test_static -static			// 静态链接编译

[outlier@localhost dir]$ ll
total 2012
-rwxrwxr-x  1 outlier outlier    9024 Jul  6 17:07 test
-rw-rw-r--. 1 outlier outlier     628 Jul  6 16:44 test.cpp
-rwxrwxr-x  1 outlier outlier 1608368 Jul  6 18:24 test_static

从上面的图文，我们不难发现，gcc/g++ 编译器都是默认的动态链接的方式，而当我们指定了静态链接，所形成的可执行程序大小也随之变大，这个也不难理解，毕竟静态链接就相当于，我们需要把库文件拷贝到自己的源文件当中。

d. 动静态链接的异同

动态库因为是共享库，有效的节省资源（磁盘空间，内存空间，网络空间等），但是动态库一旦缺失，导致各个程序都无法运行。

静态库，不依赖库，程序可以独立运行，但是体积大，比较消耗资源（磁盘，内存）

5. 指令总结

g++ -S test.i -o test.s						// 预处理
g++ -S test.i -o test.s						// 编译
g++ -c test.s -o test.o						// 汇编
g++  test.o -o test							// 链接
g++ test.cpp -o test						// 一步编译
g++ test.cpp -o test_static -static			// 静态链接编译
g++ test.cpp -o test_debug -g				// debug编译
g++ test.cpp -o test_static_debug -static -g  	// 静态+debug编译

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