GCC/G++ 编译器完全指南：从编译流程到进阶用法（附实操案例） - 教程
博主简介：
前言：
在 Linux C/C++ 开发中，GCC（GNU Compiler Collection）是无可替代的编译器工具。无论是简单的 Hello World 程序，还是复杂的大型项目，GCC 都能完成从源代码到可执行文件的转换。但很多开发者只停留在
gcc hello.c -o hello的基础用法，对其编译流程、链接原理和进阶选项了解甚少。本文结合核心知识点，从 GCC 的编译四阶段、核心选项、静态 / 动态链接，到优化与调试配置，全方位拆解 GCC 的使用技巧，帮你从 “会用” 升级到 “精通”。
一. GCC 核心认知：编译的四个阶段(ESc-iso速记)
GCC 编译 C/C++ 程序并非一步到位，而是分为预处理、编译、汇编、链接四个阶段，每个阶段完成特定任务，最终生成可执行文件。
1.1 阶段 1：预处理
- 核心任务：宏替换、删除注释、条件编译、头文件展开（不进行语法检查）；
- 关键选项：
-E（仅执行预处理，停止后续编译）； - 输出文件：
.i后缀（预处理后的 C 文件）； - 实操命令：
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ vim hello.c
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ gcc -E hello.c -o hello.i
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ ll
total 24
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 382 Nov 13 16:50 hello.c
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 17170 Nov 13 16:50 hello.i
- 示例：#include <stdio.h>会被展开为 stdio.h 的全部内容，#define MAX 10会替换所有MAX为 10。
1.2 阶段 2：编译
- 核心任务：检查语法错误，将预处理后的代码（
.i）转换为汇编语言代码； - 关键选项：
-S（仅执行编译，停止后续流程）； - 输出文件：
.s后缀（汇编文件）； - 实操命令：
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ gcc -S hello.c -o hello.s
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ ll
total 28
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 327 Nov 13 16:54 hello.c
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 17104 Nov 13 16:54 hello.i
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 1094 Nov 13 17:01 hello.s
- 说明：生成的汇编代码与 CPU 架构相关（如 x86_64、ARM），可直接查看指令逻辑。
1.3 阶段 3：汇编（Assembly）
- 核心任务：将汇编代码（
.s）转换为机器可识别的二进制目标文件； - 关键选项：
-c（仅执行汇编，生成目标文件）； - 输出文件：
.o后缀（目标文件，二进制格式，不可执行）； - 实操命令：
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ gcc -c hello.s -o hello.o
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ ll
total 32
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 327 Nov 13 16:54 hello.c
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 17104 Nov 13 16:54 hello.i
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 2184 Nov 13 17:05 hello.o
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 1094 Nov 13 17:01 hello.s
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ objdump -d hello.o
hello.o: file format elf64-x86-64
Disassembly of section .text:
0000000000000000 <main>:
0: 55 push %rbp
1: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
4: be 0a 00 00 00 mov $0xa,%esi
9: bf 00 00 00 00 mov $0x0,%edi
e: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
13: e8 00 00 00 00 callq 18 <main+0x18>
18: be 0a 00 00 00 mov $0xa,%esi
1d: bf 00 00 00 00 mov $0x0,%edi
22: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
27: e8 00 00 00 00 callq 2c <main+0x2c>
2c: be 0a 00 00 00 mov $0xa,%esi
31: bf 00 00 00 00 mov $0x0,%edi
36: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
3b: e8 00 00 00 00 callq 40 <main+0x40>
40: be 0a 00 00 00 mov $0xa,%esi
45: bf 00 00 00 00 mov $0x0,%edi
4a: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
4f: e8 00 00 00 00 callq 54 <main+0x54>
54: be 0a 00 00 00 mov $0xa,%esi
59: bf 00 00 00 00 mov $0x0,%edi
5e: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
63: e8 00 00 00 00 callq 68 <main+0x68>
68: be 0a 00 00 00 mov $0xa,%esi
6d: bf 00 00 00 00 mov $0x0,%edi
72: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
77: e8 00 00 00 00 callq 7c <main+0x7c>
7c: be 0a 00 00 00 mov $0xa,%esi
81: bf 00 00 00 00 mov $0x0,%edi
86: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
8b: e8 00 00 00 00 callq 90 <main+0x90>
90: be 0a 00 00 00 mov $0xa,%esi
95: bf 00 00 00 00 mov $0x0,%edi
9a: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
9f: e8 00 00 00 00 callq a4 <main+0xa4>
a4: be 0a 00 00 00 mov $0xa,%esi
a9: bf 00 00 00 00 mov $0x0,%edi
ae: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
b3: e8 00 00 00 00 callq b8 <main+0xb8>
b8: be 0a 00 00 00 mov $0xa,%esi
bd: bf 00 00 00 00 mov $0x0,%edi
c2: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
c7: e8 00 00 00 00 callq cc <main+0xcc>
cc: be 0a 00 00 00 mov $0xa,%esi
d1: bf 00 00 00 00 mov $0x0,%edi
d6: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
db: e8 00 00 00 00 callq e0 <main+0xe0>
e0: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
e5: 5d pop %rbp
e6: c3 retq- 说明：目标文件包含机器指令，但缺少库依赖（如 printf 函数的实现），无法直接运行。
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ ./hello.o
-bash: ./hello.o: Permission denied1.4 阶段 4：链接（Linking）
核心任务：将目标文件（.o）与系统库、第三方库链接，生成可执行文件；
核心逻辑：解析未定义符号（如 printf），从库文件（如 libc.so）中找到实现并关联；
输出文件：默认名为a.out（可通过-o指定名称）；
实操命令：
# 也可以 gcc -o hello.exe hello.o
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ gcc hello.o -o hello.exe
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ ll
total 44
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 327 Nov 13 16:54 hello.c
-rwxrwxr-x 1 Lotso Lotso 8360 Nov 13 17:11 hello.exe
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 17104 Nov 13 16:54 hello.i
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 2185 Nov 13 17:05 hello.o
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 1094 Nov 13 17:01 hello.s
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ ./hello.exe
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1.5 一键编译（合并四阶段）
日常开发中无需分步执行，GCC 支持一键完成四阶段编译：
# 也可以 gcc -o hello.exe1 hello.c
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ gcc hello.c -o hello.exe1
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ ll
total 56
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 327 Nov 13 16:54 hello.c
-rwxrwxr-x 1 Lotso Lotso 8360 Nov 13 17:11 hello.exe
-rwxrwxr-x 1 Lotso Lotso 8360 Nov 13 17:15 hello.exe1
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 17104 Nov 13 16:54 hello.i
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 2185 Nov 13 17:05 hello.o
-rw-rw-r-- 1 Lotso Lotso 1094 Nov 13 17:01 hello.s
[Lotso@VM-4-4-centos lesson9]$ ./hello.exe1
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本质是 GCC 自动依次执行 预处理→编译→汇编→链接，隐藏了中间文件。
二. GCC核心功能选项 && 条件编译 && 编译器和语言的历史(理解编译的过程)
2.1 核心功能速查表：
| 选项 | 功能描述 | 使用示例 |
|---|---|---|
| -E | 只进行预处理，不编译、汇编和链接 | gcc -E main.c -o main.i |
| -S | 编译到汇编语言，不进行汇编和链接 | gcc -S main.c -o main.s |
| -c | 编译到目标代码，生成.o文件 | gcc -c main.c -o main.o |
| -o | 指定输出文件名 | gcc main.c -o myapp |
| -static | 使用静态链接生成可执行文件 | gcc main.c -static -o app_static |
| -g | 生成调试信息，供GDB使用 | gcc -g main.c -o debug_app |
| -shared | 尽量使用动态库，生成较小的文件 | gcc -shared lib.c -o lib.so |
| -O0 | 不进行优化（编译速度最快） | gcc -O0 main.c -o app |
| -O1 | 基本优化（默认级别） | gcc -O1 main.c -o app |
| -O2 | 较多优化，平衡性能与编译时间 | gcc -O2 main.c -o app |
| -O3 | 最高级别优化（可能增加代码大小） | gcc -O3 main.c -o app |
| -w | 禁止所有警告信息 | gcc -w main.c -o app |
| -Wall | 开启所有常见警告信息 | gcc -Wall main.c -o app |
2.2 条件编译的逻辑和应用场景
2.3 编译的过程：编译器和语言的历史
关键逻辑：
- 为什么任何语言最后都要变成二进制 -> 因为编译器只认识它
- 编译的过程为何是那样的 -> 上面的图中有解释
- 一定是先有语言再有编译器的。并且语言和编译器之间是一个自举的关系
三. 关键原理：静态链接和动态链接
链接阶段的核心是"关联库文件"，GCC支持两种链接方式，各有优劣
3.1 静态链接（Static Linking）
- 原理：编译时将依赖的库文件（如
libc.a）全部复制到可执行文件中； - 关键选项：
-static； - 实操命令：
gcc hello.c -o hello_static -static– 强制静态链接生成可执行文件(因为GCC默认是动态链接的) - 安装命令：
sudo yum install glibc-static libstdc++-static -y
- 优点：可执行文件不依赖系统库，移植性强。
- 缺点：会让可执行程序变大，运行的时候，加载到内存：占据更多的内存空间，浪费资源！！！
3.2 动态链接（Dynamic Linking）
- 原理：编译时仅记录库依赖（如
libc.so），程序运行时才加载库文件； - 特点：GCC 默认采用动态链接；
- 实操命令：
gcc hello.c -o hello_dynamic– 动态链接（默认） - 优点：文件体积小，库文件被多个程序共享，节省内存和磁盘空间；
- 缺点：依赖系统中对应的库文件，一旦库文件缺失，所有程序都无法运行了。
3.2 查看依赖的库文件
通过 ldd 可以查看可执行程序依赖的动态库
# 动态链接的文件
[Lotso@VM-4-4-centos lesson10]$ ldd hello_dynamic
linux-vdso.so.1 => (0x00007ffe61b15000)
libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f2e519cd000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f2e51d9b000)
# 静态链接的文件
[Lotso@VM-4-4-centos lesson10]$ ldd hello_static
not a dynamic executable
顺便看看动态链接和静态链接文件的大小对比：
3.3 通过一个故事感性的理解一下库
3.3.1 阶段一：动态库的故事(共享网吧模式)
小王是一中的新生，他学习刻苦，但也需要偶尔上网放松。一中管理严格，但小王从学长张三那里得知，学校东门左转100米再右转100米有一家“小蚂蚁电竞馆”。小王记下地址，在某个周六中午，他按计划完成部分作业后，前往电竞馆上网。老板给他开了编号1234的电脑，小王愉快地度过了中午。下午2:30，他回到学校继续学习。
后来，越来越多的学生知道了电竞馆，纷纷前去放松。直到月考，全班成绩下滑，校长调查后举报导致了电竞馆关闭。
✅️ 阶段一理解：
小王（程序）在一中（内存）学习。
张三（编译器/链接器）告诉小王电竞馆的地址（动态库的位置）。
小王去电竞馆上网（程序运行时链接动态库）。
老板给小王开1234号电脑（动态库分配给程序一个函数地址）。
电竞馆关闭（动态库缺失）导致所有学生无法上网（程序无法运行）。
声明：这里是为了方便故事举例说明哈，动态库其实也是在内存里的
图示理解：
┌─────────────┐ 询问地址 ┌─────────────┐
│ 小王 │ ──────────────> │ 张三 │
│ (程序) │ │ (编译器/链接器)│
└─────────────┘ └─────────────┘
│ │
│ 获得地址："东门左转100m右转100m"
│ │
▼ ▼
┌─────────────────────────────────────────────┐
│ 一中 │
│ (内存) │
└─────────────────────────────────────────────┘
│
│ 按计划执行：作业→上网→作业
│
▼
┌─────────────┐ 上网请求 ┌─────────────┐
│ 小王 │ ──────────────> │ 小蚂蚁电竞馆 │
│ (程序) │ │ (动态库) │
└─────────────┘ └─────────────┘
│
│ 分配1234号电脑
│ (库函数地址)
▼
┌─────────┐
│ 愉快上网 │
│ (函数执行)│
└─────────┘动态库特点：
✅ 优点：资源共享，节省内存（多个程序共用同一个库）
❌ 缺点：库缺失则所有依赖程序都无法运行
3.3.2 阶段二：静态库的故事（自带电脑模式）
小王因不能上网而学习状态不佳，父亲了解情况后，与校长协商并去小蚂蚁电竞馆找老板买下那台1234号电脑，放在学校供小王使用。此后，小王和同学们都可以在学校内直接上网，无需外出。
✅️ 阶段二理解：
小王的父亲和电竞馆老板（静态库的提供者）将电脑（库函数）买下并安置在学校（静态链接）。
小王和同学们（多个程序）每人都拥有了一份电脑的拷贝（静态链接时每个程序都包含一份库代码）。
现在上网（使用库函数）不依赖校外电竞馆（外部动态库），但每个人都需要占用自己的电脑（内存空间变大）。
图示理解：
┌─────────────┐ 成绩下滑 ┌─────────────┐
│ 小王 │ ──────────────> │ 爸爸 │
│ (程序) │ │ (静态链接器) │
└─────────────┘ └─────────────┘
│ │
│ 协商购买 │
│ │
▼ ▼
┌─────────────┐ 购买1234电脑 ┌─────────────┐
│ 校长 │ <────────────── │ 电竞馆老板 │
│ (系统环境) │ │ (库提供者) │
└─────────────┘ └─────────────┘
│
│ 电脑安置在学校
│
▼
┌─────────────────────────────────────────────┐
│ 一中 │
│ (内存) │
└─────────────────────────────────────────────┘
│
│ 每个学生都自带电脑
│ (程序各自包含库代码)
▼
┌─────────────┐ 直接使用 ┌─────────────┐
│ 小王和室友 │ ──────────────> │ 个人电脑 │
│ (程序) │ │ (静态库) │
└─────────────┘ └─────────────┘静态库特点：
✅ 优点：程序独立，不依赖外部环境
❌ 缺点：每个程序都包含库代码，占用更多存储空间和内存
3.3.3 核心概念对比 && 整体总结
| 特性 | 动态库（小蚂蚁电竞馆） | 静态库（个人电脑） |
|---|---|---|
| 资源使用 | 共享，节省资源 | 独占，浪费资源 |
| 依赖性 | 强依赖，库缺失则全崩 | 独立，自给自足 |
| 更新维护 | 更新库即更新所有程序 | 每个程序需重新编译 |
| 内存占用 | 多个程序共享同一份 | 每个程序都有一份拷贝 |
现实世界类比：
编程世界： 现实世界：
┌─────────────────┐ ┌─────────────────┐
│ 动态库 │ │ 共享网吧 │
│ (共享函数集合) │ │ (共享电脑资源) │
└─────────────────┘ └─────────────────┘
│ │
│ 多个程序共用 │ 多个顾客共用
│ 库缺失=所有程序挂掉 │ 网吧关门=所有人都不能上网
│ │
┌─────────────────┐ ┌─────────────────┐
│ 静态库 │ │ 个人电脑 │
│ (函数嵌入程序内) │ │ (自有电脑资源) │
└─────────────────┘ └─────────────────┘
│ │
│ 每个程序都包含库代码 │ 每个人都有自己的电脑
│ 程序体积大但独立运行 │ 随时可用但占用更多空间整体总结：
通过这两个故事，我们理解了动态库和静态库的区别：
动态库：像是一个共享的电竞馆，多个程序在运行时共享同一个库，节省空间，但一旦库被删除，所有程序都无法运行。
静态库：像是每个人都有自己的电脑，程序在编译时就将库代码复制到可执行文件中，因此程序体积大，但可以独立运行，不依赖外部库。
在编程中，我们根据需求选择使用动态库还是静态库。动态库适合多个程序共享，减少内存占用；静态库适合程序独立发布，避免依赖问题。
结尾：
我是草莓熊 Lotso！若这篇技术干货帮你打通了学习中的卡点：
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技术之路难免有困惑，但同行的人会让前进更有方向～愿我们都能在自己专注的领域里，一步步靠近心中的技术目标！结语：GCC 的核心价值在于 “灵活与强大”—— 通过不同选项组合，可适配调试、发布、移植等多种场景。掌握编译四阶段让你理解代码转换的本质，静态 / 动态链接的选择影响项目的移植性和性能，而优化与调试选项则能提升开发与运行效率。建议在实际项目中多尝试组合选项（如-Wall -O2 -g），逐步形成适合自己的编译习惯。如果需要编译 C++ 程序，只需将gcc替换为g++，核心用法完全一致。
✨把这些内容吃透超牛的！放松下吧✨ ʕ˘ᴥ˘ʔ づきらど
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