Linux系统应用（5）——编译器gcc

gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]
预处理是编译过程的第一步，它处理源代码文件中的预处理指令（以#开头的指令）。预处理器的任务主要包括：

宏定义（Macro Definition） ：处理#define指令，将宏名称替换为其定义的内容。

条件编译（Conditional Compilation） ：通过#ifdef、#ifndef、#endif等指令，根据条件包含或排除代码段。

文件包含（File Inclusion） ：通过#include指令将其他文件的内容插入到当前文件中。

行控制和错误消息生成 ：使用#line指令控制编译器的错误和警告信息的行号，使用#error和#warning生成错误和警告消息。

预处理后的结果是一个纯净的源代码文件，但其中已经包含了所有宏替换和文件包含的结果。

gcc --E code.c --o code.i
//选项"-E",该选项的作用是让 gcc 在预处理结束后停止编译过程。
//选项"-o"是指目标文件,".i"文件为已经过预处理的C原始程序。

2、编译

编译是将预处理后的源代码文件转换成汇编代码的过程。编译器的主要任务包括：

词法分析（Lexical Analysis）：将源代码分解成一系列的标记（tokens）。

语法分析（Syntax Analysis）：根据语言的语法规则分析标记，构建语法树（Syntax Tree）。

语义分析（Semantic Analysis）：检查语法树中表达式的意义，进行类型检查等。

中间代码生成（Intermediate Code Generation）：将语法树转换成一种中间表示（Intermediate Representation, IR），便于后续处理。

代码优化（Code Optimization）：对中间代码进行优化，以提高代码执行效率。

目标代码生成（Target Code Generation）：将优化后的中间代码转换成目标机器的汇编代码。

gcc --S code.i --o code.s
//选项"-S",该选项的作用是让 gcc 在编译结束后停止汇编过程。
//选项"-o"是指目标文件,".s"文件为已经过预处理和编译的C程序

3、汇编

汇编是将汇编代码转换成机器代码的过程。汇编器（Assembler）读取汇编代码，并将其转换为特定机器的机器语言指令。++机器代码是计算机可以直接执行的代码。++

gcc --C code.s --o code.o
//选项"-C",该选项的作用是让 gcc 在汇编结束后停止链接过程。
//选项"-o"是指目标文件,".o"文件为已经过预处理、编译和汇编的C程序

4、链接

链接是++将多个编译后的机器代码文件（以及库文件）合并成一个可执行文件或库文件的过程++。链接器的任务主要包括：

**地址和空间分配：**为程序中的变量和函数分配内存地址。

**符号解析（Symbol Resolution）：**解析程序中的符号引用，即确定程序中调用的函数或引用的变量在内存中的位置。

**重定位（Relocation）：**修改代码和数据中的地址，以反映它们在内存中的最终位置。

**生成可执行文件或库文件：**将多个对象文件合并，并可能包括一些运行时库，最终生成可执行文件或库文件。

这四个阶段共同构成了从源代码到可执行程序的完整开发流程。在现代开发环境中，这些步骤通常由构建系统（如Make、CMake、Maven等）自动化完成。

gcc code.o --o code
//选项"-o"是指目标文件,code为最后的可执行程序

5、gcc选项

-E 只++激活预处理++,这个不生成文件,你需要把它重定向到一个输出文件里面

-S 编译到汇编语言不进行汇编和链接

-c 编译到目标代码

-o文件输出到文件

-static此选项对生成的文件采用静态链接

-g生成调试信息。GNU 调试器可利用该信息。

-shared 此选项将尽量使用动态库，所以生成文件比较小，但是需要系统由动态库.

-O0

-O1

-O2

-O3编译器的优化选项的4个级别，-O0表示没有优化,-O1为缺省值，-O3优化级别最高

-w不生成任何警告信息。

-Wall 生成所有警告信息。

6、函数库

我们的C程序中，并没有定义"printf"的函数实现,且在预编译中包含的"stdio.h"中也只有该函数的声明,而没有定义函数的实现,那么,是在哪里实"printf"函数的呢?

最后的答案是:系统把这些函数实现都被做到名为 libc.so.6 的库文件中去了,在没有特别指定时,gcc 会到系统默认的搜索路径**"/usr/lib"** 下进行查找,也就是链接到 libc.so.6库函数中去,这样就能实现函数"printf"了, 而这也就是链接的作用。

6.1 静态库

静态库是指编译链接时,把库文件的代码全部加入到可执行文件中,因此生成的文件比较大,但在运行时也就不再需要库文件了。

其后缀名一般为".a"

注意：

++如果在编译过程中敲静态编译的指令报错后，检查是否是因为未安装静态库++

静态库安装方法：
sudo yum -y install glibc-static
//静态库安装方法

gcc -o code_static code.c -static
//静态库编译链接

6.2 动态库

动态库与之相反,在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中,而是在程序执行时由运行时链接文件加载库,这样可以节省系统的开销。

动态库一般后缀名为".so"。

gcc 在编译时默认使用动态库。完成了链接之后,gcc 就可以生成可执行文件,如下所示。
gcc code.o --o code gcc
默认生成的二进制程序，是动态链接的，这点可以通过file 命令验证。

结语

这部分知识其实也并不多，了解.c文件变为可执行程序的过程即可，动态与静态库这里只作为提及，后续学习过程中我们会加深回他的理解，等今后的我们能力充足之后便可以熟知！