GCC编译器的使用以及使用Makefile语法进行操控

Makefile

这里使用的Makefile操控编译器

gcc

常见的组成部分

  • c++： gcc 的一个版本，默认语言设置为 C++，而且在链接的时候自动包含标准 C++ 库。这和 g++ 一样
  • configure： GCC 源代码树根目录中的一个脚本。用于设置配置值和创建 GCC 编译程序必需的 make 程序文件
  • g++： gcc 的一个版本，默认语言设置为 C++，而且在链接的时候自动包含标准 C++库。这和 c++ 一样
  • gcc： 该驱动程序等同于执行编译程序和连接程序以产生需要的输出
  • libgcc： 该库包含的例程被作为编译程序的一部分，是因为它们可被链接到实际的可执行程序中。它们是特殊的例程，链接到可执行程序，来执行基本的任务，例如浮点运算。这些库中的例程通常都是平台相关的
  • libstdc++： 运行时库，包括定义为标准语言一部分的所有的 C++类和函数

包含的常见的软件

  • ar： 这是一个程序，可通过从文档中增加、删除和析取文件来维护库文件。通常使用该工具是为了创建和管理连接程序使用的目标库文档。该程序是 binutils 包的一部分
  • as： GNU 汇编器。实际上它是一族汇编器，因为它可以被编译或能够在各种不同平台上工作。该程序是 binutjls 包的一部分 autoconf：产生的 shell 脚本自动配置源代码包去编译某个特定版本的 UNIX
  • gdb： GNU 调试器，可用于检查程序运行时的值和行为 GNATS：GNU 的调试跟踪系统（GNU Bug Tracking System）。一个跟踪 GCC和其他 GNU 软件问题的在线系统
  • gprof： 该程序会监督编译程序的执行过程，并报告程序中各个函数的运行时间，可以根据所提供的配置文件来优化程序。该程序是 binutils 包的一部分
  • ld： GNU 连接程序。该程序将目标文件的集合组合成可执行程序。该程序是 binutils 包的一部分
  • libtool： 一个基本库，支持 make 程序的描述文件使用的简化共享库用法的脚本
  • make： 一个工具程序，它会读 makefile 脚本来确定程序中的哪个部分需要编译和连接，然后发布必要的命令。它读出的脚本（叫做 makefile 或 Makefile）定义了文件关系和依赖关系

默认的搜索路径

查看命令

echo | gcc -v -x c -E -
  • /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include
  • /usr/local/include
  • /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/7/include-fixed
  • /usr/include/x86_64-linux-gnu
  • /usr/include

简单的编译原理

image-20230909101423089

预处理阶段, 把.c结尾的文件的#开头的命令进行预处理, 直接把对应的文本内容放到对应的位置

编译器, 把预处理之后的文件修改为汇编文件

汇编器, 汇编文件转换为二进制文件

连接器, 把所有的.o文件连接在一起形成一个可执行文件

各种文件的后缀

.a 静态库文件

.c C语言文件

.h 头文件

.i 预处理之后的文件

.o 目标文件

.s 汇编文件

.so 共享的库

实际使用gcc进行编译

  • 预处理
gcc -E mian.c

这一个会进行预处理但是没有生成一个文件

gcc -E main.c -o main.i

使用-o指明输出文件的名字

  • 生成汇编文件
gcc -S main.c
gcc -S main.c -o main.s
  • 生成目标文件
gcc -c main.c
gcc -c main.c -o main.o
  • 之间编译成可执行文件
gcc main.c

静态库编译以及链接

  1. 把c文件编译成o文件
  2. 编译静态库
ar -r [lib库名.a] [.o] [.o]
  1. 连接成可执行文件
gcc [.c] [.a] -o [输出的文件名]
gcc [.c] -o [输出的文件名] -l [库的名字] -L [库所在的位置]

注: windows下面为.lib文件, 但是测试的时候.a文件才可以使用

编译动态库

gcc -c -fpic [.c/.cpp] ...

编译成-o文件, 这样编译出来的文件使用都是相对地址

gcc -shared [.o] [.o] ... -o [lib.so]

创建动态库

gcc [.c/.cpp] -o [自定义可执行文件] -l[库名] -L[库路径] -wl,-rpath=[库路径]

链接动态库到可执行文件

注: windows下面为dll文件

静态库和动态库的区别

静态库在编译时会被完整地复制到可执行文件中，因此它们会增加可执行文件的大小。在链接时刻，编译器会将静态库的代码与可执行文件的代码合并，生成一个完整的可执行文件。由于静态库已经被完整地复制到可执行文件中，因此程序在运行时不需要再加载静态库，这样可以提高程序的运行速度。但是，如果多个可执行文件都使用同一个静态库，那么静态库的代码会被复制多次，浪费空间。

动态库则是在程序运行时才被加载到内存中，因此它们不会增加可执行文件的大小。在链接时刻，编译器只会将动态库的引用信息添加到可执行文件中，而不会将动态库的代码复制到可执行文件中。程序在运行时会动态地加载动态库，并将其映射到内存中。由于多个可执行文件可以共享同一个动态库，因此动态库可以节省内存空间。但是，由于动态库需要在程序运行时才能加载，因此程序的启动速度可能会受到影响。

总的来说，静态库适用于需要高效运行的小型程序，而动态库适用于需要共享代码和节省内存空间的大型程序。

C++编译文件的过程

  • .a 静态库文件
  • .c .c++ .cc .cp .cpp .cxx 源代码的文件
  • .h 头文件
  • .ii 预处理文件
  • .o 目标文件
  • .s 汇编文件
g++ -E main.c
g++ -E main.c -o maim.i

预处理文件

g++ -S main.c -o mian.s

生成汇编文件

g++ -c main.c -o main.o

生成预处理文件

g++ main.c -o main.exe

生成可执行文件

ar -cr [lib库的名字.a] [.o] [.o]

g++ [.c] [.a] -o [输出的文件名]
g++ [.c] -o [输出的文件名] -l[库的名字] -L[库所在的位置]

静态库文件

g++ -c -fpic [.c/.cpp] ...

编译成-o文件

g++ -shared [.o] [.o] ... -o [lib库的名字.lib]

创建动态库

g++ [.c/.cpp] -o [自定义可执行文件] -l[库名] -L[库路径] -wl,-rpath=[库路径]

链接动态库到可执行文件

Makefile语法

基本的格式

targets : prerequisties
[tab键]command
  • target：目标文件，可以是 OjectFile，也可以是执行文件，还可以是一个标签（Label），对于标签这种特性，在后续的“伪目标”章节中会有叙述。
  • prerequisite：要生成那个 target 所需要的文件或是目标。
  • command：是 make 需要执行的命令

image-20230909194637856

image-20230909194651591

这样的话会输出使用的命令, 可以在前面添加@使得输出隐藏

debug :@echo hello

PS E:\桌面\c_test> make
hello
PS E:\桌面\c_test>

Makefile规则

  • 会在文件夹里面找到Makefile文件或者makefile文件
  • 会找到文件中的第一个目标文件(target), 把这个文件作为目标文件
  • target文件不存在或者依赖的.o文件修改时间比这个文件新的话会执行定义的commang命令生成这个文件
  • 如果.o文件也存在, 会找到.o文件的依赖, 依据规则生成.o文件

伪目标

为了避免 target 和 Makefile 同级目录下 文件/文件夹 重名的这种情况，我们可以使用一个特殊的标记 .PHONY 来显式地指明一个目标是 “伪目标”，向 make 说明，不管是否有这个文件/文件夹，这个目标就是 “伪目标”

.PHONY : clean

如果有一个名字叫clean的文件在这个文件夹下面, 就不会执行这一个命令

image-20230909195857917

这个时候就会输出

debug : world@echo helloworld :@echo worldclean :@rm *.o

PS E:\桌面\c_test> make clean
make: 'clean' is up to date.
PS E:\桌面\c_test>

只要有这个声明，不管是否有 “clean” 文件/文件夹，要运行 “clean” 这个目标，只有"make clean" 这个命令

注意

  • 对于有 prerequisties 的 target
debug : world@echo helloworld :@echo worldclean :@rm *.o.PHONY : clean

这个时候就会执行这一个命令了

变量

变量的定义
cpp := src/main.cpp 
obj := objs/main.o
变量的引用
  • 可以使用()或者{}
cpp := src/main.cpp 
obj := objs/main.o$(obj) : ${cpp}@g++ -c $(cpp) -o $(obj)compile : $(obj)

compiler := cppdebug : @echo $(compiler)

PS E:\桌面\c_test> make      
cpp

变量会被转化为在上面输入的变量

预定义的变量

  • $@: 目标(target)的完整名称
  • $<: 第一个依赖文件（prerequisties）的名称
  • $^: 所有的依赖文件（prerequisties），以空格分开，不包含重复的依赖文件
cpp := src/main.cpp 
obj := objs/main.o$(obj) : ${cpp}@g++ -c $< -o $@@echo $^compile : $(obj)
.PHONY : compile

常用的符号

  1. =
  • 简单的赋值
  • 在后面的语句里面重新定义该变量, 会使用新的值
HOST_ARCH = arrch64
TARGET_ARCH = $(HOST_ARCH)HOST_ARCH = amd64
debug :@echo $(TARGET_ARCH)

PS E:\桌面\c_test> make debug
amd64
PS E:\桌面\c_test>

会随时更新使用=的变量

  1. :=

赋值了之后就不会进行更改

HOST_ARCH := arrch64
TARGET_ARCH := $(HOST_ARCH)HOST_ARCH := amd64
debug :@echo $(TARGET_ARCH)@echo $(HOST_ARCH)

PS E:\桌面\c_test> make debug
arrch64
amd64
PS E:\桌面\c_test>
  1. ?=
  • 默认赋值运算符
  • 如果变量已经定义就不进行任何操作
  • 如果没有定义就求值并进行分配
HOST_ARCH := arrch64
TARGET_ARCH := $(HOST_ARCH)HOST_ARCH ?= amd64
debug :@echo $(TARGET_ARCH)@echo $(HOST_ARCH)

PS E:\桌面\c_test> make debug
arrch64
arrch64
  1. +=
  • 累加符号
HOST_ARCH := arrch64
TARGET_ARCH := $(HOST_ARCH)HOST_ARCH += amd64
debug :@echo $(TARGET_ARCH)@echo $(HOST_ARCH)

PS E:\桌面\c_test> make debug
arrch64
arrch64 amd64
PS E:\桌面\c_test>
  1. \
  • 续行符
HOST_ARCH := arrch64 \arm63 x86
TARGET_ARCH := $(HOST_ARCH)HOST_ARCH += amd64
debug :@echo $(TARGET_ARCH)@echo $(HOST_ARCH)

PS E:\桌面\c_test> make debug
arrch64 arm63 x86
arrch64 arm63 x86 amd64
PS E:\桌面\c_test>

常用的函数

函数的调用

$(fn , argument) or ${fn, argument}

  • fn: 函数名
  • argument: 函数的参数
  1. shell
$(shell <commend> <argument>)

名称: shell

功能: 调用shell 使用commend

返回: shell执行commend的结果

pwd := $(shell pwd)debug :@echo $(pwd)

PS E:\桌面\c_test> make debug
/e/妗岄潰/c_test
PS E:\桌面\c_test>
  1. subst
$(subst <from>,<to>,<text>)
  • 名称: 字符串替换函数
  • 功能: 把字符串 中的 替换为
  • 返回的是替换之后的字符串
cpp_src := $(shell ls *.c)
cpp_objs := $(subst .c,.exe, $(cpp_src))debug : @echo $(cpp_src)@echo $(cpp_objs) 

PS E:\桌面\c_test> make
add.c main.c
add.exe main.exe
PS E:\桌面\c_test>
  1. patsubst
$(patsubst <pattern>,<replacement>,<text>)

通配符替换字符串

通配符%把要替换的文字分割开来, 可以一次性替换多个不同的字符串

cpp_src := $(shell pwd)
cpp_objs := $(patsubst /e%/c_test,/c%/jiao, $(cpp_src))debug : @echo $(cpp_src)@echo $(cpp_objs) .PHONY : debug

PS E:\桌面\c_test> make debug
/e/妗岄潰/c_test
/c/妗岄潰/jiao
PS E:\桌面\c_test>
  1. foreach
$(foreach <var>,<list>,<text>)
  • 名称：循环函数——foreach。
  • 功能：把字串中的元素逐一取出来，执行 包含的表达式
  • 返回： 所返回的每个字符串所组成的整个字符串（以空格分隔） 
library_paths := /datav/shared/100_du/03.08/lean/protobuf-3.11.4/lib \/usr/local/cuda-10.1/lib64library_paths := $(foreach item,$(library_paths),-L$(item))debug : @echo $(library_paths)

PS E:\桌面\c_test> make debug
-L/datav/shared/100_du/03.08/lean/protobuf-3.11.4/lib -L/usr/local/cuda-10.1/lib64
PS E:\桌面\c_test>
  • 可以使用下面的方式进行代替
I_flag := $(include_paths:%=-I%)

library_paths := /datav/shared/100_du/03.08/lean/protobuf-3.11.4/lib \/usr/local/cuda-10.1/lib64# library_paths := $(foreach item,$(library_paths),-L$(item))
library_paths := $(library_paths:%=-L%)
debug : @echo $(library_paths)

PS E:\桌面\c_test> make debug
-L/datav/shared/100_du/03.08/lean/protobuf-3.11.4/lib -L/usr/local/cuda-10.1/lib64
PS E:\桌面\c_test>
  1. dir
$(dir <names...>)

名称：取目录函数——dir。
功能：从文件名序列中取出目录部分。目录部分是指最后一个反斜杠（“/”）之前 的部分。如果没有反斜杠，那么返回“./”。
返回：返回文件名序列的目录部分。

.PHONY : debug
cpp_srcs := $(shell ls *.c)
# 在文件名前面加上路径
cpp_objs := $(foreach item,$(cpp_srcs),./output/$(item))
# 获取输出的文件的文件名
cpp_objs := $(subst .c,.o,$(cpp_objs))
debug :@echo $(cpp_srcs) @echo $(cpp_objs)
# 生成所有的.o文件
./output/%.o : %.c@mkdir -p $(dir $@)gcc -c $^ -o $@compile : $(cpp_objs)

PS E:\桌面\c_test> make compile
gcc -c add.c -o output/add.o
gcc -c main.c -o output/main.o
PS E:\桌面\c_test>

使用makedir -p可以在没有文件夹的时候创建文件夹

In a Makefile, the % symbol is used as a wildcard character to match any string. It is often used in conjunction with pattern rules to specify a set of targets and dependencies that follow a certain pattern.

  1. notdir
$(notdir <names...>)

如果输入的文件里面有文件夹的路径名, 就会去掉

libs   := $(notdir $(shell find /usr/lib -name lib*))

会寻找这里面的所有的库文件, 之后会把所有的文件的文件路径去除

  1. filter
$(filter <names...>)

根据自己的需求过滤掉一些文件

libs    := $(notdir $(shell find /usr/lib -name lib*))
a_libs  := $(filter %.a,$(libs))
so_libs := $(filter %.so,$(libs))

在这里面可以会找到两种不同格式的库文件

  1. basename

会把文件的后缀去掉

$(basename <names...>)

libs    := $(notdir $(shell find /usr/lib -name lib*))
a_libs  := $(subst lib,,$(basename $(filter %.a,$(libs))))
so_libs := $(subst lib,,$(basename $(filter %.so,$(libs))))

会去除.o和.so的文件后缀名,在之后就是去掉文件的前缀

  1. filter-out
  • 剔除不想要的字符串
objs := objs/add.o objs/minus.o objs/main.o
cpp_objs := $(filter-out objs/main.o, $(objs))
  1. wildcard
  • The wildcard function expands to a space-separated list of filenames that match the given patterns
cpp_srcs := $(wildcard src/*.cc src/*.cpp src/*.c)

实战教程

.PHONY : debug compile
c_srcs := $(shell ls *.c)
# 添加输出的文件的文件夹名字
c_objs := $(foreach item,$(c_srcs),./output/$(item))
# 获取要输出的各种文件的名字
c_objs := $(subst .c,.o,$(c_objs))
c_i := $(subst .o,.i,$(c_objs))
c_s := $(subst .o,.s,$(c_objs))run : output/result.exe@.\$<debug :@echo $(c_objs) @echo $(c_i)output/%.o : %.c@mkdir -p $(dir $@)gcc -c $^ -o $@output/%.i : %.c@mkdir -p $(dir $@)gcc -E $^ -o $@output/%.s : %.c@mkdir -p $(dir $@)gcc -S $^ -o $@output/result.exe : $(c_objs)@mkdir -p $(dir $@)gcc $^ -o $@ clean :rm -rf outputcompile : $(c_objs) $(c_i) $(c_s) output/result.exe

编译的选项

编译选项

  • -m64: 指定编译为 64 位应用程序
  • -std=: 指定编译标准，例如：-std=c++11、-std=c++14
  • -g: 包含调试信息
  • -w: 不显示警告
  • -O: 优化等级，通常使用：-O3
  • -I: 加在头文件路径前
  • fPIC: (Position-Independent Code), 产生的没有绝对地址，全部使用相对地址，代码可以被加载到内存的任意位置，且可以正确的执行。这正是共享库所要求的，共享库被加载时，在内存的位置不是固定的

链接选项

  • -l: 加在库名前面
  • -L: 加在库路径前面
  • -Wl,<选项>: 将逗号分隔的 <选项> 传递给链接器
  • -rpath=: “运行” 的时候，去找的目录。运行的时候，要找 .so 文件，会从这个选项里指定的地方去找

通常使用的变量名

  • CC: Program for compiling C programs; default cc
  • CXX: Program for compiling C++ programs; default g++
  • CFLAGS: Extra flags to give to the C compiler
  • CXXFLAGS: Extra flags to give to the C++ compiler
  • CPPFLAGS: Extra flags to give to the C preprocessor
  • LDFLAGS: Extra flags to give to compilers when they are supposed to invoke the linker

编译带头文件的程序

c_srcs := $(shell ls ./src//*.c)
c_objs := $(patsubst ./src%.c,./output%.o, $(c_srcs))in_path := ./inc
I_flags := $(foreach item,$(in_path),-I$(item))compile_options := -g -O1 -w $(I_flags)output/%.o : src/%.c@mkdir -p $(dir $@)@gcc -c $^ -o $@ $(compile_options)output/result : $(c_objs)@mkdir -p $(dir $@)@gcc $^ -o $@ $(compile_options)run : output/result@./output/resultclean : @rm -rf ./outputgdb : output/resultgdbdebug :@echo $(I_flags).PHOHY : debug run gdb clean

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