【linux】gcc makefile

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目录

• • 01.gcc如何完成
  • 02.gcc选项
  • 03.函数库与动静态链接
  • • 静态链接
    • 动态链接
    • 库文件
    • 特点和用途
    • 动态链接
    • 版本和兼容性
  • 04.makefile
  • • 自动推导

01.gcc如何完成

• 预处理(进行宏替换)
  • 预处理功能主要包括宏定义,文件包含,条件编译,去注释等。
  • 预处理指令是以#号开头的代码行。
  • 实例: gcc --E test1.c --o test1.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。
• 编译（生成汇编）
  • 在这个阶段中,gcc 首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等,以确定代码的实际要做的工作,在检查无误后,gcc 把代码翻译成汇编语言。
  • 用户可以使用"-S"选项来进行查看,该选项只进行编译而不进行汇编,生成汇编代码。
  • 实例: gcc --S test1.i --o test1.s
• 汇编（生成机器可识别代码）
  • 汇编阶段是把编译阶段生成的".s"文件转成目标文件
  • 读者在此可使用选项"-c"就可看到汇编代码已转化为".o"的二进制目标代码了
  • 实例: gcc --c test1.s --o test1.o
• 链接（生成可执行文件或库文件）
  • 在成功编译之后,就进入了链接阶段。
  • 实例: gcc test1.o --o test1

我们可以指定可执行文件的文件名

cpp文件：以cpp或者cc为后缀，不能用gcc编译，用g++编译

02.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

下面体会一下各种过程：

gcc --E test1.c --o test1.i

上面八百多行，都是预处理过程头文件stdio.h展开得到的

gcc -S test.i -o test.s

gcc -c test.s -o test.o

03.函数库与动静态链接

在软件开发中，链接是将一个或多个编译后的目标文件（.o文件）和库文件合并，生成可执行文件或更大的库文件的过程。链接可以是静态的（static）或动态的（dynamic），并且涉及到库文件，这些库可以是静态库（.a文件）或动态库（.so 文件或在Windows上的.dll 文件

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?

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

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"
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",如前面所述的 libc.so.6 就是动态库。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 hello.o --o hello

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

在软件开发中，链接是将一个或多个编译后的目标文件（.o 文件）和库文件合并，生成可执行文件或更大的库文件的过程。链接可以是静态的（static）或动态的（dynamic），并且涉及到库文件，这些库可以是静态库（.a 文件）或动态库（.so 文件或在Windows上的.dll 文件）。

静态链接

• 定义 ：在静态链接中，链接器（如GNU的 ld）将所有用到的库文件的内容复制到最终的可执行文件中。这意味着，运行程序时不需要这些库在系统中存在，因为所有必需的代码都已经包含在单个可执行文件中了。

• 优点：

  • 独立性：生成的可执行文件不依赖于外部的库文件，因此更易于在没有安装这些库的系统上运行。
  • 性能：在某些情况下，静态链接的应用程序启动和运行速度可能会更快，因为避免了运行时解析库符号的开销。

• 缺点：

  • 文件大小：可执行文件会包含所有静态链接的库的代码，这会显著增加文件大小。
  • 更新和维护：如果库需要更新（例如修复安全漏洞），则必须重新编译和链接整个应用程序。

动态链接

• 定义 ：在动态链接中，程序使用的库在编译时不被复制到可执行文件中。相反，库留在独立的文件中（动态库），在程序启动或运行时由动态链接器（如Linux上的 ld.so）加载。

• 优点：

  • 内存和磁盘空间效率：多个程序可以共享内存中同一个库的单个副本，减少了内存和磁盘的使用。
  • 易于更新：更新库文件后，所有使用该动态库的程序都会自动使用更新后的版本，无需重新链接。

• 缺点：

  • 运行时依赖 ：程序运行时必须能够访问它所依赖的动态库。共享动态库，但是一旦动态库缺失，所有的动态链接这个库的程序，都无法执行了!
  • 启动时间：由于需要在运行时加载外部库，动态链接的应用程序可能启动较慢。

库文件

• 静态库 ：通常以 .a (Archive) 格式存储，是多个目标文件的集合。使用静态库时，其内容在编译时整合到最终的可执行文件中。

• 动态库 ：通常以 .so (Shared Object) 或 .dll (Dynamic Link Library) 格式存储。动态库在运行时被加载，可以被多个程序共享。

[dyx@VM-8-13-centos ~]$ ll
total 44
-rwxrwxr-x 1 dyx  dyx  8968 Sep 22 21:54 a.out
d--------- 2 dyx  dyx  4096 Jul 24 17:52 dir
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Sep 22 16:06 dir1
-rw-rw-r-- 1 dyx  dyx   827 Jul 22 10:03 install.sh
-rwxrwxr-x 1 dyx  dyx  8408 Sep 22 22:26 my
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Sep 19 17:09 test
-rw-rw-r-- 1 dyx  dyx   209 Sep 23 17:15 test.c
[dyx@VM-8-13-centos ~]$ ldd a.out
	linux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffdc15d2000)
	libstdc++.so.6 => /home/dyx/.VimForCpp/vim/bundle/YCM.so/el7.x86_64/libstdc++.so.6 (0x00007fc019380000)
	libm.so.6 => /lib64/libm.so.6 (0x00007fc01907e000)
	libgcc_s.so.1 => /lib64/libgcc_s.so.1 (0x00007fc018e68000)
	libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007fc018a9a000)
	/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fc019701000)
[dyx@VM-8-13-centos ~]$ ls /lib64/libc.so.6
/lib64/libc.so.6
[dyx@VM-8-13-centos ~]$ ls -l /lib64/libc.so.6
lrwxrwxrwx 1 root root 12 Mar 23  2023 /lib64/libc.so.6 -> libc-2.17.so

libc-2.17.so 是 Linux 系统中的一个非常核心的动态库，也被称为 C 标准库。这个库提供了标准 C语言的许多基本功能和服务，包括输入输出操作、字符串处理、内存分配、数学计算等。此外，它还提供了操作系统级别的接口，如系统调用的封装（例如文件操作、进程控制等）。

特点和用途

1. 标准C功能 ：libc 包含标准 C 函数，如 printf, malloc, strncpy 等。
2. 系统级接口 ：提供 POSIX 标准定义的各种系统调用的接口，如 open, read, write, fork, exec 等。
3. 本地化和时间管理：处理各种与地区、文化、时间和日期相关的功能。

动态链接

• 动态链接 ：libc.so.6 是最常见的符号链接名称，它指向系统中当前 C 标准库的具体版本，比如 libc-2.17.so。这种符号链接机制允许系统在保持相同库名（libc.so.6）的情况下升级到新版本的库，而不会打断依赖它的应用程序。

版本和兼容性

• 版本号 ：libc-2.17 指的是 glibc（GNU C Library）的特定版本。glibc 是大多数 Linux 发行版使用的 libc 实现。
• 向后兼容性：新版本的 glibc 设计时通常会考虑到向后兼容性，使得旧的应用程序仍然可以在新版本的库上运行。

libc-2.17.so 是系统中的标准 C 库实现的一个版本，它是许多 Linux 程序运行不可或缺的组成部分。通过 libc.so.6 这样的符号链接，系统能够方便地管理库的版本，而不影响依赖这些库的应用程序。

默认情况，Linux上，一般静态库都是默认没有安装的

sudo yum install -y glibc-static libstdc++-static

04.makefile

make是一个命令

makefile是一个文件

这个 Makefile 的片段定义了如何编译一个名为 mytest 的目标文件，以及如何清理生成的文件。让我们逐行解析这个片段的内容。

Makefile 内容解析

mytest: test.c
  gcc -o mytest test.c
.PHONY: clean
clean:
  rm -f mytest

第一部分：目标以及规则

mytest: test.c
  gcc -o mytest test.c

• mytest: test.c：

  • 目标 ：mytest
    • 这是 make 尝试构建的一个目标文件（通常是可执行文件）
  • 依赖 ：test.c
    • 这个目标文件依赖于源文件 test.c。如果 test.c 发生变化，mytest 需要重新构建。

• gcc -o mytest test.c：

  • 这是构建 mytest 的具体命令。

第二部分：伪目标 .PHONY

.PHONY: clean

• .PHONY: clean ：
  • 伪目标（Phony Targets）：这是一个特殊的伪目标声明，告知 make，目标 clean 不是一个文件，也不应被与文件名相混淆。
  • 这样做可以防止在有同名文件（如 clean 文件）存在时，引起误解和错误。
    

第三部分：清理规则

clean:
  rm -f mytest

• 目标 ：clean
• 命令 ：rm -f mytest
  • rm -f mytest：删除生成的可执行文件 mytest。
  • -f：强制删除文件，不显示文件不存在的错误。

整体描述：

• 目标文件 mytest ：
  • 依赖于 test.c 源文件。
  • 构建命令：gcc -o mytest test.c。
  • 当执行 make mytest 或单纯 make（如果 mytest 是第一个目标）时，make 会检查 test.c。
  • 如果test.c 更新过或 mytest 不存在，会执行 gcc -o mytest test.c。

make工具使用文件的时间戳来决定哪些目标需要重新构建。具体来说，make会比较目标文件和其依赖文件的修改时间戳。如果依赖文件比目标文件更新，则目标文件需要重新构建。这个机制是通过以下步骤实现的：

• 依赖关系解析：make读取Makefile并解析目标文件及其依赖文件的关系。
• 时间戳比较：make比较目标文件和依赖文件的修改时间戳。如果依赖文件的时间戳比目标文件新，则认为目标文件需要重新构建。

• 清理目标 clean：

  • 伪目标声明，确保 clean 仅作为命令，不是物理文件。
  • 当执行 make clean 时，命令 rm -f mytest 会运行，删除 mytest。
  • 这用于清理生成的文件，使工作目录恢复到干净状态。

• 构建可执行文件：

  make

  或者

  make mytest

  这会依据 test.c 编译 mytest。

• 清理生成文件：

  make clean

  这会删除 mytest，使目录重新变得干净。

自动推导

  1 code.exe:code.o
  2   gcc code.o -o code.exe
  3 code.o:code.s
  4   gcc -c code.s -o code.o
  5 code.s:code.i
  6   gcc -S code.i -o code.s
  7 code.i:code.c
  8   gcc -E code.c -o code.i
  9 
 10 .PHONY:clean
 11 clean:
 12   rm -f code.i code.s code.o code.exe   

用 .PHONY 修饰,伪目标的特性是，总是被执行的。

makefile/make会自动根据文件中的依赖关系，进行自动推导，帮助我们执行所有相关的依赖方法

这个 Makefile 使用了变量来定义构建目标和源文件路径，以及自动化构建和清理过程。让我们逐行解析这个 Makefile 的内容。

bin=mycode
src=test.c

$(bin):$(src)
    @gcc -o $@ $^
    @echo "compiler $(src) to $(bin)..."

.PHONY: clean
clean:
    @rm -f $(bin)
    @echo "clean project..."

1. 定义目标文件和源文件的变量 ：

   bin=mycode
   src=test.c

   • bin ：存储生成的可执行文件名 mycode。
   • src ：存储源文件名 test.c。
   • 使用变量可以提高 Makefile 的可读性和维护性，尤其是在需要变更文件名时，只需修改变量定义即可。

目标和依赖关系

2. 定义构建目标和依赖关系：

   $(bin): $(src)
       @gcc -o $@ $^
       @echo "compiler $(src) to $(bin)..."

   • $(bin): $(src) ：
     • 目标 ：$(bin) 展开为 mycode，即 make 将生成的可执行文件。
     • 依赖 ：$(src) 展开为 test.c，即生成可执行文件 mycode 需要依赖源文件 test.c。
   • 生成目标文件的命令 ：
     • @gcc -o $@ $^ ：
       • @：抑制命令回显，使得在执行这条命令时不输出命令本身。可以使输出更加整洁。
       • -o $@：$@ 是自动化变量，代表目标文件 mycode。
       • $^：所有的依赖文件，即 test.c。
     • @echo "compiler $(src) to $(bin)..." ：
       • $(src) 展开为 test.c。
       • $(bin) 展开为 mycode。
       • 显示编译信息，告知用户当前在进行的操作。

自动化变量：

$@：代表规则中的目标文件。 $<：第一个依赖文件。 $?：所有比目标文件新的依赖文件。

伪目标和清理规则

3. 定义伪目标和清理规则 ：

   .PHONY: clean
   clean:
       @rm -f $(bin)
       @echo "clean project..."

   • 伪目标声明 .PHONY: clean ：
     • clean 被声明为伪目标，表示它只是一个标签，不对应实际文件名。确保即使有同名文件 clean，也不会造成误会。
   • 清理规则 ：
     • clean: @rm -f $(bin) ：
       • @rm -f $(bin)：删除生成的可执行文件 mycode。$(bin) 展开为 mycode。
     • @echo "clean project..."：显示清理信息，告知用户当前在进行的清理操作。

• 变量的使用：

  • bin=mycode 和 src=test.c 定义了构建可执行文件和源文件的变量。使用变量可以增加 Makefile 的灵活性和可读性。

• 构建过程：

  • 依赖链：mycode <- test.c。
  • 当源文件 test.c 变化时，目标文件 mycode 会重新生成。

  构建命令：

  make

  这会触发以下操作：

  • 使用 gcc 命令编译 test.c，生成 mycode。
  • 使用 echo 命令输出编译信息。

  整个过程如下：

  • @gcc -o mycode test.c
  • @echo "compiler test.c to mycode..."

• 清理过程：

  • 清理生成的可执行文件 mycode。

  清理命令：

  make clean

  这会触发以下操作：

  • 使用 rm 命令删除 mycode。
  • 使用 echo 命令输出清理信息。

  整个过程如下：

  • @rm -f mycode
  • @echo "clean project..."

通过这个 Makefile，用户可以方便地编译和清理项目，确保构建过程的自动化和高效性。使用变量不仅使得 Makefile 更加灵活，还提高了可读性和可维护性