Linux开发基础（1）：GCC、静态库、动态库

1.1 GCC

01 什么是GCC

GCC原名为GNU C语言编译器(GNU C Compiler)
GCC (GNU Compiler Collection，GNU编译器套件)是由 GNU 开发的编程语言译器。GNU编译器套件包括C、C++、objective-C、Java、Ada和Go语言前端，也包括了这些语言的库(如libstdc++，libgcj等)
GCC不仅支持C的许多“方言”，也可以区别不同的C语言标准；可以使用命令行选项来控制编译器在翻译源代码时应该遵循哪个C标准。例如，当使用命令行参数-std=c99 启动GCC时，编译器支持C99标准。
安装命令 sudo apt install gcc g++ (版本 > 4.8.5)
查看版本gcc/g++ -v/--version

02 编程语言的发展

03 GCC工作流程

预处理工作：把头文件展开，删除注释，宏替换等

04 gcc和g++的区别

gcc和g++都是GNU (组织)的一个编译器。
误区一：gcc只能编译c代码，g++只能编译c++代码。其实两者都可以，请注意：

后缀为.c的，gcc把它当作是C程序，而g++当作是c++程序
后缀为.cpp的，两者都会认为是C++程序，C++的语法规则更加严谨一些
编译阶段，g++会调用gcc，对于C++代码，两者是等价的，但是因为gcc命令不能自动和C++程序使用的库联接，所以通常用g++来完成链接，为了统一起见，干脆编译/链接统统用g++了，这就给人一种错觉，好像cpp程序只能用g++似的

误区二：gcc不会定义_cplusplus宏，而g++会

实际上，这个宏只是标志着编译器将会把代码按C还是C++语法来解释
如上所述，如果后缀为.c，并且采用gcc编译器，则该宏就是未定义的，否则，就是已定义

误区三：编译只能用gcc，链接只能用g++

严格来说，这句话不算错误，但是它混淆了概念，应该这样说：编译可以用gcc/g++，而链接可以用g++或者gcc -lstdc++。
gcc命令不能自动和C++程序使用的库联接，所以通常使用g++来完成联接。但在编译阶段，g++会自动调用gcc，二者等价

05 GCC常用参数选项

gcc编译选项	说明
-E	预处理指定的源文件，不进行编译
-S	编译指定的源文件，但是不进行汇编
-c	编译、汇编指定的源文件，但是不进行链接
-o [file1] [file2] / [file2] -o [file1]	将文件file2 编译成可执行文件file1
-I directory	指定include包含文件的搜索目录
-g	在编译的时候，生成调试信息，该程序可以被调试器调试
-D	在程序编译的时候，指定一个宏
-w	不生成任何警告信息
-Wa11	生成所有警告信息
-On	n的取值范围：0~3。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(默认)，-O3优化级别最高
-l	在程序编译的时候，指定使用的库
-L	指定编译的时候，搜索的库的路径。
-fPIC/fpic	生成与位置无关的代码
-shared	生成共享目标文件，通常用在建立共享库时
-std	指定C方言，如：-std=c99，gcc默认的方言是GNU C

1.2 静态库

01 什么是库

库文件是计算机上的一类文件，可以简单的把库文件看成一种代码仓库，它提供给使用者一些可以直接拿来用的变量、函数或类。
库是特殊的一种程序，编写库的程序和编写一般的程序区别不大，只是库不能单独运行。
库文件有两种，静态库和动态库(共享库)，区别是：静态库在程序的链接阶段被复制到了程序中；动态库在链接阶段没有被复制到程序中，而是程序在运行时由系统动态加载到内存中供程序调用。
库的好处：1.代码保密 2.方便部署和分发

02 静态库的制作

命名规则:
◆ Linux：libxxx.a
lib：前缀(固定)
xxx：库的名字，自己起
.a：后缀(固定)

◆ Windows：libxxx.lib
静态库的制作:
◆ gcc获得.o文件

◆ 将.o文件打包，使用ar工具(archive)
ar rcs libxxx.a xxx.o xxx.o
r - 将文件插入备存文件中
c - 建立备存文件
s - 索引

示例

在calc目录下有head.h、add.c、main.c三个文件，head.h是头文件引用功能，main.c是测试用，add.c是写了一个加法函数

head.h的内容

#ifndef __HEAD__
#define __HEAD__

int add(int a, int b);

#endif

main.c的内容

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

int main()
{
    int a = 20;
    int b = 12;
    printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    printf("a + b = %d\n", add(a, b));
}

add.c的内容

#include <stdio.h>
#include "head.h"
int add(int a, int b)
{
    return a + b;
}

首先生成add.o文件，然后利用ar生成静态库

03 静态库的使用

这是library目录下的树状图，include目录下存放头文件，lib目录下存放库文件，src目录下存放源文件。首先将上面制作的静态库复制到lib目录下

-I指定include包含文件的搜索目录，否则会提示找不到head.h。-l(小写L)指定使用的库，注意这里是库名称，不是文件名。-L指定编译的时候，搜索的库的路径。
编译完成后运行，如下图结果

1.3 动态库

01 动态库的制作

命名规则:
◆ Linux：libxxx.so
lib：前缀(固定)
xxx：库的名字，自己起
.so：后缀(固定)
在Linux下是一个可执行文件

◆ Windows：libxxx.dll
动态库的制作:
◆ gcc得到.o文件，得到和位置无关的代码
gcc -c -fpic/-fPIC a.c b.c

◆ gcc得到动态库
gcc -shared a.o b.o -o libxxx.so

示例

这是提前准备好的calc目录和library目录，文件内容与上面静态库的一样

首先制作动态库，按照上文提到的步骤得到和位置无关的.o文件，然后得到动态库

然后使用动态库编译，编译成功

当运行时报错，显示找不到libcalc.so这个动态库，那么为什么会报错呢？这要从静态库和动态库的工作原理说起

02 静态库和动态库的工作原理

静态库：GCC进行链接时，会把静态库中代码打包到可执行程序中
动态库：GCC进行链接时，动态库的代码不会被打包到可执行程序中
程序启动之后，动态库会被动态加载到内存中，通过ldd(list dynamic dependencies)命令检查动态库依赖关系
如何定位共享库文件呢?
当系统加载可执行代码时候，能够知道其所依赖的库的名字，但是还需要知道绝对路径。此时就需里系统的动态载入器来获取该绝对路径。对于elf格式的可执行程序，是由ld-linux.so来完成的，它先后搜索elf文件的DT_RPATH段 —> 环境变量LD_LIBRARY_PATH —> /etc/ld.so.cache文件列表 —> /lib/，/usr/lib目录找到库文件后将其载入内存。

动态库报错的原因以及解决方案

利用ldd命令查看动态库依赖关系

可以看到其他动态库在=>后面都指有绝对路径或内存地址，而libcalc.so没有。现在我们知道了，报错的原因是只知道动态库的名字，但是不知道它在哪里，也就是它的绝对路径是什么。依照ld-linux.so的搜索顺序，DT_RPATH段是不能够更改的，所以有以下解决方案

配置环境变量

临时配置
首先cd到lib目录下用pwd返回动态库的绝对路径，然后运行下面那行命令(LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/root/linux/libtest/library/lib的解释：用$拿到LD_LIBRARY_PATH本身的内容，再在后面追加上动态库的绝对路径/root/linux/libtest/library/lib，两者中间用':'隔开。可以看到已经可以找到动态库的绝对路径并运行程序了。

这种配置方法在关闭xshell连接再次启动后不会保留
用户级别配置(永久配置)
在home目录下有一个隐藏文件.bashrc，我们在这个文件中配置即可

vim进入文件，在文件的最后面插入临时配置时的那一行命令，wq退出

然后source ./.bashrc使修改生效
系统级别配置(永久配置，需要root权限)
在etc/profile中配置

在最后一行插入临时配置时的那一行命令，wq退出

然后source /etc/profile使修改生效