【Linux系统编程】Linux 系统介绍与 gcc

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Linux 系统介绍

什么是 linux 系统？

  • Linux 是开源的操作系统

多用户多任务：

  • 单用户：一个用户，在登录计算机（操作系统），只能允许同时登录一个用户；
  • 单任务：一个任务，允许用户同时进行的操作任务数量；
  • 多用户：多个用户，在登录计算机（操作系统），允许同时登录多个用户进行操作；
  • 多任务：多个任务，允许用户同时进行多个操作任务；

Windows 属于：单用户、多任务。

Linux 属于：多用户、多任务。

Linux 一切皆文件

对于文件的操作的都有哪些种类？

  • 创建文件、编辑文件、保存文件、关闭文件、重命名文件、删除文件、恢复文件。

1. 目录结构

目录结构：

  • Bin：全称binary，含义是二进制。该目录中存储的都是一些二进制文件，文件都是可以被运行 的。

  • Dev：该目录中主要存放的是外接设备，例如盘、其他的光盘等。在其中的外接设备是不能直接被 使用的，需要挂载（类似window下的分配盘符）。

  • Etc：该目录主要存储一些配置文件。

  • Home：表示“家”，表示除了root用户以外其他用户的家目录，类似于windows下的User/用户目 录。

  • Proc：全称process，表示进程，该目录中存储的是Linux运行时候的进程。

  • Root：该目录是root用户自己的家目录。

  • Sbin：全称super binary，该目录也是存储一些可以被执行的二进制文件，但是必须得有super权 限的用户才能执行。

  • Tmp：表示“临时”的，当系统运行时候产生的临时文件会在这个目录存着。

  • Usr：存放的是用户自己安装的软件。类似于windows下的program files。

  • Var：存放的程序/系统的日志文件的目录。

  • Mnt：当外接设备需要挂载的时候，就需要挂载到mnt目录下。

2. 指令与选项

指令含义：

  • Linux的指令是指在Linux终端（命令行）中输入的内容。

指令格式：

  • 完整指令的标准格式：命令（空格） [选项]（空格） [操作对象]

  • 选项和操作对象都可以没有，也可以是多个

    # 指令示例：以下两条指令等价
ls -l -a -h /home ./
ls -lah /home ./

gcc

前言：

  1. GCC 编译器支持编译 Go、Objective-C，Objective-C ++，Fortran，Ada，D 和 BRIG（HSAIL） 等程序；

  2. Linux 开发C/C++ 一定要熟悉 GCC；

  3. VSCode 是通过调用 GCC 编译器来实现 C/C++ 的编译工作的；

实际使用中：

  • 使用 gcc 指令编译 C 代码
  • 使用 g++ 指令编译 C++ 代码

1. 编译步骤

gcc 编译可执行程序 4 步骤：预处理、编译、汇编和链接。

  • 预处理 – Pre-Processing .i 文件

    # -E 选项指示编译器仅对输入文件进行预处理
g++  -E test.cpp  -o test.i

  • 编译 – Compiling .s 文件

    # -S 编译选项告诉 g++ 在为 C++ 代码产生了汇编语言文件后停止编译
# g++ 产生的汇编语言文件的缺省扩展名是 .s 
g++  -S test.i  -o   test.s

  • 汇编 – Assembling .o 文件

    # -c 选项告诉 g++ 仅把源代码编译为机器语言的目标代码
# 缺省时 g++ 建立的目标代码文件有一个 .o 的扩展名。
g++  -c test.s  -o test.o

  • 链接 – Linking bin 文件

    # -o 编译选项来为将产生的可执行文件用指定的文件名
g++ test.o  -o test

gcc -E 只能做第一步预处理，gcc -S 只能做前两步预处理和编译，gcc -c 只能做前三步预处理、编译和汇编。

例如将 c 文件编译成一个可执行文件：

gcc hello.c -o hello
./hello

2. 常用参数

2.1 -g 编译带调试信息的可执行文件

# -g 选项告诉 GCC 产生能被 GNU 调试器 GDB 使用的调试信息，以调试程序。

# 产生带调试信息的可执行文件test
g++ -g test.cpp

2.2 -O[n] 优化源代码

## 所谓优化，例如省略掉代码中从未使用过的变量、直接将常量表达式用结果值代替等等，这些操作会缩减目标文件所包含的代码量，提高最终生成的可执行文件的运行效率。

# -O 选项告诉 g++ 对源代码进行基本优化。这些优化在大多数情况下都会使程序执行的更快。 -O2 选项告诉 g++ 产生尽可能小和尽可能快的代码。 如-O2，-O3，-On（n 常为0–3）
# -O 同时减小代码的长度和执行时间，其效果等价于-O1
# -O0 表示不做优化
# -O1 为默认优化
# -O2 除了完成-O1的优化之外，还进行一些额外的调整工作，如指令调整等。
# -O3 则包括循环展开和其他一些与处理特性相关的优化工作。
# 选项将使编译的速度比使用 -O 时慢，但通常产生的代码执行速度会更快。

# 使用 -O2优化源代码，并输出可执行文件
g++ -O2 test.cpp
  1. -l 和 -L 指定库文件 | 指定库文件路径
# -l参数(小写)就是用来指定程序要链接的库，-l参数紧接着就是库名
# 在/lib和/usr/lib和/usr/local/lib里的库直接用-l参数就能链接

# 链接glog库
g++ -lglog test.cpp

# 如果库文件没放在上面三个目录里，需要使用-L参数(大写)指定库文件所在目录
# -L参数跟着的是库文件所在的目录名

# 链接mytest库，libmytest.so在/home/bing/mytestlibfolder目录下
g++ -L/home/bing/mytestlibfolder -lmytest test.cpp
  1. -I 指定头文件搜索目录
# -I 
# /usr/include目录一般是不用指定的，gcc知道去那里找，但是如果头文件不在/usr/icnclude里我们就要用-I参数指定了，比如头文件放在/myinclude目录里，那编译命令行就要加上I/myinclude参数了，如果不加你会得到一个”xxxx.h: No such file or directory”的错误。-I参数可以用相对路径，比如头文件在当前目录，可以用-I.来指定。上面我们提到的–cflags参数就是用来生成-I参数的。

g++ -I/myinclude test.cpp
  1. -Wall 打印警告信息
# 打印出gcc提供的警告信息
g++ -Wall test.cpp
  1. -w 关闭警告信息
# 关闭所有警告信息
g++ -w test.cpp
  1. -std=c++11 设置编译标准
# 使用 c++11 标准编译 test.cpp
g++ -std=c++11 test.cpp
  1. -o 指定输出文件名
# 指定即将产生的文件名

# 指定输出可执行文件名为test
g++ test.cpp -o test
  1. -D 定义宏
# 在使用gcc/g++编译的时候定义宏

# 常用场景：
# -DDEBUG 定义DEBUG宏，可能文件中有DEBUG宏部分的相关信息，用个DDEBUG来选择开启或关闭DEBUG

示例代码：

// -Dname 定义宏name,默认定义内容为字符串“1”
#include 
int main()
{
#ifdef DEBUG
    printf("DEBUG LOGn");
#endif
    printf("inn");
}

// 1. 在编译的时候，使用gcc -DDEBUG main.cpp
// 2. 第5行代码可以被执行

注：使用 man gcc 命令可以查看gcc英文使用手册，见下图。

参数 意义
-o [file1] [file2] / [file2] – o [file1] 将文件 file2 编译成可执行文件 file1
-I 指定头文件所在目录位置
-c 只做预处理，编译，汇编。得到二进制文件
-g 编译时添加调试文件，用于 gdb 调试
-Wall 显示所有警告信息
-D 向程序中“动态”注册宏定义
-l 指定静态/动态库库名
-L 指定动态静态/库路径
-w 不生成任何警告信息
-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

案例

假如 hello.c 和 hello.h 分开，c 文件需要头文件才能编译，这时候如果创建一个新文件夹 h_dir ，将 hello.h 放到 h_dir 当中去，c 文件正常情况下就无法编译成功。

这时候就需要用到参数 -I ，指定头文件所在目录位置：

gcc -I ./h_dir hello.c -o hello
./hello

再举个例子，如果所需头文件和库文件和要编译的文件都不在同一个目录下，假设头文件 head.h 在 include 文件夹中，库文件 libcalc.a 在 lib 文件夹中：

gcc main.c -o app -I ./include/ -l calc -L.lib

3. 具体编译步骤

最初目录结构：

直接编译

最简单的编译，并运行：

# 将 main.cpp src/Swap.cpp 编译为可执行文件
g++ main.cpp src/Swap.cpp -Iinclude
# 运行a.out
./a.out

增加参数编译，并运行：

# 将 main.cpp src/Swap.cpp 编译为可执行文件 附带一堆参数
g++ main.cpp src/Swap.cpp -Iinclude -std=c++11 -O2 -Wall -o b.out
# 运行 b.out
./b.out
生成库文件并编译

链接静态库生成可执行文件①：

## 进入src目录下
$cd src

# 汇编，生成Swap.o文件
g++ Swap.cpp -c -I../include

# 生成静态库libSwap.a
ar rs libSwap.a Swap.o

## 回到上级目录
$cd ..

# 链接，生成可执行文件:staticmain
g++ main.cpp -Iinclude -Lsrc -lSwap -o staticmain

链接动态库生成可执行文件②：

## 进入src目录下
$cd src

# 生成动态库libSwap.so
g++ Swap.cpp -I../include -fPIC -shared -o libSwap.so
## 上面命令等价于以下两条命令
# gcc Swap.cpp -I../include -c -fPIC
# gcc -shared -o libSwap.so Swap.o

## 回到上级目录
$cd ..

# 链接，生成可执行文件:sharemain
g++ main.cpp -Iinclude -Lsrc -lSwap -o sharemain

编译完后的目录：

运行可执行文件

运行可执行文件①：

# 运行可执行文件
./staticmain

运行可执行文件②：

# 运行可执行文件
LD_LIBRARY_PATH=src ./sharemain

4. gcc 和 g++ 的区别

参考资料：
https://www.bilibili.com/video/BV1fy4y1b7TC/?spm_id_from=333.1007.top_right_bar_window_custom_collection.content.click&vd_source=12c90255e5a0009cd588cada10859bd5
https://www.nowcoder.com/study/live/504

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