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【Linux】gcc/g++编辑器初识动静态库程序翻译过程

news 2025/10/23 7:16:29

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文章主题：gcc/g++编辑器 && 初识动静态库 && 程序翻译过程
隶属专栏：从0到1掌握Linux
写作日期：2025年10月21号

前言：

一、预处理：

预处理阶段的功能：

二、编译（生成汇编）：编辑

编译阶段的功能：

三、汇编（生成机器可识别的代码）：

汇编的功能：

四、链接（生成可执行文件或库文件）：

链接的功能：

4.1 什么是库？

4.2 目标文件和库是如何链接的？

4.2.1 静态链接：

4.2.2 动态链接：

4.3 动静态库的对比：

示例：

再谈动态库：

前言：

我们使用 Vim 编辑器编写的代码只是文本文件，要让代码运行起来，就需要借助 gcc 和 g++ 编译器。这两个工具分别用于编译 C 和 C++ 程序。下面我将为大家介绍它们如何完成代码的编译过程。

gcc/g++编译选项：

格式 gcc/g++ [选项] 要编译的⽂件 [选项] [⽬标⽂件]

写好的test.c源文件：

该程序需要经过翻译过程生成可执行文件，才能执行代码。

也可以跳过翻译过程，直接生成可执行文件。

📌 翻译过程是由编译和链接两个大的过程组成，而编译又可分解成：预处理、编译、汇编三个过程。

一、预处理：

将test.c文件进行预处理，生成test.i预处理文件-----gcc –E test.c –o test.i

选项“-E”:开始进程程序翻译，在预处理做完的时候，就停下来。

“.i”⽂件为已经过预处理的C原始程序。

选项“-o”是指定写到test.i文件里面，如果不加选项-o,就直接打印到下面。

vim test.i -----打开test.i文件

预处理阶段的功能：

在预处理阶段，编译器会将头文件内容（头文件中只是一些函数的声明）展开并拷贝到test.i文件中，同时执行以下操作：去除注释、替换宏定义以及处理条件编译指令。

🌟条件编译的用途？

1.同一套代码可能需要支持不同功能版本（如社区版、专业版），或根据客户需求启用 / 禁用特定模块，条件编译可通过宏定义快速切换。

2.内核源代码也是采用条件编译进行动态裁剪。

3. 开发工具，应用软件适配不同平台。

gcc test.c -o test -DM ------其中的-DM意思是#define M->插入到代码中,也就是说可以进行命令行级别的宏定义。

🌟预处理的本质：

让编译器编辑修改我们的代码，把不需要去掉，把需要的加上，但是还是C语言，只不过和我们的源码相比变得更干净了。

二、编译（生成汇编）：

将预处理文件进行编译，生成汇编代码-----gcc -S test.i -o test.s

“-S”的作用是：开始生成汇编代码，生成完了，就停下来。

“.s”，常为汇编代码的后缀。

vim test.s ----打开test.s文件

编译阶段的功能：

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。

📌 为什么C/C++编译，要先变成汇编代码？

首先要明白计算机的硬件核心只能识别二进制，这是由半导体电路的二态性决定的；其他进制（十进制、十六进制等）是为了方便人类使用而设计的 “抽象层”，最终都会被转换为二进制信号才能被硬件处理。所以我们所写的程序，最后都要转化为机器语言（二进制）才能被计算机硬件处理。

三、汇编（生成机器可识别的代码）：

将汇编文件转成目标文件(二进制)-----gcc -c test.s -o test.o

“-c”：只进行编译（Compile），不进行链接（Link），最终生成目标文件（Object File）而非可执行文件。

“.o”:目标文件（Object File),是二进制文件

vim test.o

汇编的功能：

将汇编语言的.s文件转化为机器指令，生成后缀为.o（Windows 下为.obj）的目标文件。

注意：生成的目标文件是二进制文件，还不能直接运行，因为它缺少程序运行所需的外部资源，比如我们写的test.c源文件中用到了printf函数，汇编过程只是把我们写的代码转化成了机器指令，对于printf函数，它的定义是在C语言标准库里面，它并没有转化为机器指令，所以我们还要经过链接：将多个目标文件和所需的库文件组合，生成可执行文件（Windows 下为.exe，Linux 下为无后缀的可执行文件）。

📌 小Tips:

如何记忆gcc编译选项：-ESc 就是键盘左上角的按键Esc,只需要记住前两个字母是大写的。

如何记忆编译过程所形成的临时文件后缀：.iso 可以理解成镜像文件

四、链接（生成可执行文件或库文件）：

链接的功能：

将多个目标文件（.o文件）和所需的库文件组合到一起，生成可执行文件（Windows 下为.exe，Linux 下为无后缀的可执行文件）。

其实对于库文件无论是静态库还是动态库（共享库），本质上都是由多个目标文件（.o 文件）“打包” 组合而成的集合。关于如何“打包”形成库，以后会讲解到。

📌 我们往往喜欢的是把多个源文件编译成对应.o二进制文件，再把这些.o文件合并到一起，形成可执行文件。为什么呢？

因为对一个大型程序来说，可能有成百上千个.c源文件组成，如果直接编译成可执行文件，每次修改任意一个源文件，编译器都需要重新编译所有文件，这在文件数量多、代码量大时会极其耗时（例如一个包含 100 个文件的项目，改一行代码就要重新编译 100 个文件）。而先编译成.o目标文件时，只有被修改的源文件会重新编译，未修改的文件只需复用已生成的.o文件。最后通过链接器将所有.o文件组合成可执行文件，大幅减少重复劳动。这就像盖房子：先预制好门窗、墙体（.o文件），哪部分坏了只换哪部分，而不是每次都推倒重盖。

🌟上面提到了库文件，那什么是库文件呢？

库文件（Library File）是存储可复用代码（函数、类、数据结构等）的物理文件，是 “库” 这一抽象功能集合的具体载体。它包含编译后的二进制代码，供其他程序调用，以实现代码复用和功能扩展。

上面所写的test.c源文件，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,是在哪⾥实现“printf”函数的呢? 答案是:系统把这些函数实现都被放到名为 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,而这也是链接的作⽤。

ldd + 可执行文件，可以查看可执行文件依赖了哪些库文件。

ldd +/usr/lib+指令，可以查看这些指令依赖了哪些库。通过上图可以看出ls、mkdir指令也依赖了libc.so.6库，也就是说Linux的指令也是由C语言写的。

🌟注意：

libc.so.6是 Linux 系统下的 C 语言标准库（GNU C Library，简称 glibc）的动态库文件，是绝大多数 Linux 程序运行的核心依赖。几乎所有 Linux 下的 C 程序（包括系统命令如 ls、mkdir）都依赖libc.so.6。如果这个文件损坏或丢失，系统会直接报错，甚至无法正常启动。

4.1 什么是库？

库（Library） 是一组预先编写好的代码集合，包含可复用的函数、类、数据结构或其他程序组件，目的是帮助开发者快速实现常见功能，避免重复造轮子，提高开发效率。

库分为静态库和动态库？

静态库是编译好的二进制代码集合，在程序编译的 “链接阶段” 会被完整复制到目标程序中，成为可执行文件的一部分。
动态库是独立存储的二进制代码文件，程序编译时不会被复制到可执行文件中，仅在程序运行时被加载到内存并供程序调用，多个程序可共享同一份动态库。

注意：

Linux下，动态库XXX.so, 静态库XXX.a

Windows下，动态库XXX.dll, 静态库XXX.lib

我们在命名自己所写的库时，比如写了一个xyz库，命名时要加上lib前缀，后缀（不同平台下不一样）。以Linux下为例，可命名为libxyz.so。

4.2 目标文件和库是如何链接的？

总体上，链接分为两类：动态链接和静态链接。

4.2.1 静态链接：

把我们程序中使用的库方法，拷贝给我自己！静态库就像电脑商城，当有人有上网需求时，会到电脑商城去买一台专属的电脑，只供自己使用。此外静态库只有在链接时有用，一旦形成可执行程序，静态库可以不再需要了。

4.2.2 动态链接：

程序编译时，链接器仅在可执行文件中记录动态库的依赖信息（如库文件名、函数名），不复制库代码；程序运行时，由操作系统加载动态库并解析函数地址。动态库就像是一个网吧，任何人想上网了，都可以去到这个网吧里。即：动态库是被所有程序所共享的，一般也被叫做共享库。这意味着，动态库只需要一个就够了，它可以满足所有程序的需求。