在Linux下如何使用GCC编译程序、简单生成静态库及动态库

本文适用于Linux下开发初学者。本文初步讲解在Linux下如何使用GCC编译程序、简单生成静态库及动态库。

一、关于安装。一般系统默认是安装好编译器的，并且网络上有大量资料介绍不同发行版本下的安装问题，本文不再描述。

二、C编程中的文件后缀名介绍
    .a 静态库（打包文件）
    .c 未经过预处理的C源码
    .h C头文件  
   .i 经过预处理的C源码
    .o 编译之后产生的目标文件
    .s 生成的汇编语言代码
    .so 动态库（动态链接库）
    解释：*.a是我们在编译过后用ar打包生成的静态库；*.c一般使我们自己编辑的代码，使我们劳动的结晶；*.h一般是我们手工生成的接口文件，如果愿意，也可在*.c完成后用GCC的选项-aux-info帮我们生成；*.i是经过预处理后的源码，是由GCC在选项-E编译下自动生成的文件；*.o是编译后产生的目标文件；*.s是GCC在选项-S编译下生成的汇编语言代码，对于性能要求很高的程序可以先生成汇编语言文件并对汇编做优化，然后用优化后的汇编生成目标文件并链接；*.so是动态库，通过GCC的-fpic -shared选项生成。

三、hello.c的编译过程

    本小节的演示都针对文件 hello.c 进行 /*
 * hello.c
 */

  #include <stdio.h>
  int  main()
  {
    printf("hello, world!/n");
    return 0;
  }
1.直接生成可执行程序
$ gcc -o hello hello.c
$ ./hello
hello, world!

如下编译方式结果相同：
$ gcc hello.c -o hello
$ ./hello
hello, world!

如下编译方式有别于以上编译方案（具体查找ELF和a.out文件格式差别的网络资料，对于此处结果是无任何区别的）：
$ gcc hello.c 
$ ./a.out 
hello, world!

2.生成预处理后的文件 hello.i
$ gcc -E hello.c -o hello.i
$ ls
a.out  hello  hello.c  hello.i
hello.i 就是新生成的文件

如下语句结果相同：
$ gcc -E -o hello.i hello.c 

如果不设定输出文件，则打印到标准终端，此时我们可以用 less 查看：
$ gcc -E hello.c | less
# 1 "hello.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command line>"
# 1 "hello.c"
# 1 "/usr/include/stdio.h" 1 3 4
# 28 "/usr/include/stdio.h" 3 4
# 1 "/usr/include/features.h" 1 3 4
# 329 "/usr/include/features.h" 3 4
..............................

或者执行：
$ gcc -E hello.c -o hello.i
$ vi hello.i
  1 # 1 "hello.c"
  2 # 1 "<built-in>"
  3 # 1 "<command line>"
  4 # 1 "hello.c"
  5 # 1 "/usr/include/stdio.h" 1 3 4
  6 # 28 "/usr/include/stdio.h" 3 4
  7 # 1 "/usr/include/features.h" 1 3 4
  8 # 329 "/usr/include/features.h" 3 4

.......... <中间部分略> ..................

929 # 844 "/usr/include/stdio.h" 3 4
930 
931 # 2 "hello.c" 2
932 
933 int main()
934 {
935         printf("hello, world!/n");
936 
937         return 0;
938 }

可见，将近1000行的代码，我们的只占了最末8行。

3.生成汇编语言文件 hello.s
$ gcc -S hello.c -o hello.s
$ ls
a.out  hello  hello.c  hello.i  hello.s
hello.s就是新生成的文件

如下语句结果相同：
$ gcc -S -o hello.s hello.c

如下语句结果相同：
$ gcc -S hello.c

也可以采用前一步骤产生的中间文件生成汇编文件：
$ gcc -S hello.i -o hello.s
$ gcc -S -o hello.s hello.i
$ gcc -S hello.i

生成的汇编部分代码如下：
$ vi hello.s 
  1         .file   "hello.c"
  2         .section        .rodata
  3 .LC0:
  4         .string "hello, world!"
  5         .text
  6 .globl main
  7         .type   main, @function
  8 main:
  9         leal    4(%esp), %ecx
 10         andl    $-16, %esp
 11         pushl   -4(%ecx)
 12         pushl   %ebp
// 注释：如果你熟悉，就可以对部分汇编优化以达到更好效果。
4.生成目标文件 hello.o
$ gcc -c hello.c -o hello.o
$ ls
a.out  hello  hello.c  hello.i  hello.o  hello.s
hello.o就是新生成的目标文件：

如下语句结果相同：
$ gcc -c -o hello.o hello.c 

如下语句结果相同：
$ gcc -c hello.c

也可以采用前面步骤产生的中间文件hello.i或hello.s来生成目标文件：
$ gcc -c hello.i
$ gcc -c hello.s

我们可以用 objdump 查看 hello.o 的二进制码：
$ objdump -s hello.o

hello.o:     file format elf32-i386

Contents of section .text:
 0000 8d4c2404 83e4f0ff 71fc5589 e55183ec  .L$.....q.U..Q..
 0010 04c70424 00000000 e8fcffff ffb80000  ...$............
 0020 000083c4 04595d8d 61fcc3             .....Y].a..     
Contents of section .rodata:
 0000 68656c6c 6f2c2077 6f726c64 2100      hello, world!.  
Contents of section .comment:
 0000 00474343 3a202847 4e552920 342e312e  .GCC: (GNU) 4.1.
 0010 31203230 30373031 30352028 52656420  1 20070105 (Red 
 0020 48617420 342e312e 312d3532 2900      Hat 4.1.1-52).  
5.采用中间级文件生成可执行程序
$ gcc -o hello hello.i
$ ./hello
hello, world!

$ gcc -o hello hello.s
$ ./hello
hello, world!

$ gcc -o hello hello.o
$ ./hello
hello, world!
四、静态库的生成
    linux下静态库的生成比较方便。在生成目标文件后用 ar 打包即可。在中大型项目中一个模块一般会做成一个静态库，以方便管理、提高编译、链接效率。
    本小节的展示针对 main.c、func1.c、func2.c三个文件
/*
 * main.c
 */
#include <stdio.h>

extern int func1();
extern int func2();

int main()
{
        int i;

        i = func1();
        printf("func1 return = %d/n",i);

        i = func2();
        printf("func2 return = %d/n",i);

        return 0;
}

-----------------------------------------------------
/*
 * func1.c
 */
int func1()
{
        return 100;
}
-----------------------------------------------------
/*
 * func2.c
 */
int func2()
{
        return 200;
}
一下是编译指令：
$ gcc -c func1.c
$ gcc -c func2.c
$ ls
func1.c  func1.o  func2.c  func2.o  main.c

func1.o 和 func2.o 是我们生成的目标文件。打包指令如下：
$ ar -r libfunc.a func1.o func2.o

我们查看 libfunc.a 中的文件：
$ ar -t libfunc.a 
func1.o
func2.o

现在用静态库和 main.c 共同生成目标程序：
$ gcc -o main main.c libfunc.a
$ ./main 
func1 return = 100
func2 return = 200

和我们的预期相符合。下面我们进入动态库。

五、动态库的生成
    linux下动态库的生成通过GCC选项实现。案例程序和静态库中的相同。一下是操作指令：
首先我们生成目标文件，但是需要加编译器选项 -fpic 和链接器选项 -shared
$ gcc -fpic -c func1.c
$ gcc -fpic -c func2.c
$ gcc -shared -o libfunc.so func1.o func2.o
$ ls
func1.c  func1.o  func2.c  func2.o  libfunc.so  main.c

libfunc.so就是我们生成的目标动态库。我们用动态库和 main.c 生成目标程序：
$ gcc -o main main.c -L. -lfunc

注意，我们用 -L. -lfunc 作为编译选项。-L. 表从当前目录查找需要的动态库，-lfunc 是动态库的调用规则。Linux系统下的动态库命名方式是 lib*.so，而在链接时表示位 -l* ， *是自己起的库名。下面我们运行它：

$ ./main 
./main: error while loading shared libraries: libfunc.so: cannot open shared object file: No such file or directory

提示一个错误，指示无法找到动态库。在linux下最方便的解决方案是拷贝libfunc.so到绝对目录 /lib 下。但是只有超级用户才有这个权限。另外一个方案是更改环境变量 LD_LIBRARY_PATH。如下：
$ $ export LD_LIBRARY_PATH=`pwd`
$ ./main 
func1 return = 100
func2 return = 200

运行成功。现在我们更改动态库的函数而不重新链接。如下：
更改 func1.c 为：
int func1()
{
        return 101;
}
更改 func2.c 为：
int func2()
{
        return 202;
}
重新生成库：
$ gcc -fpic -shared func1.c func2.c -o libfunc.so
$ ./main 
func1 return = 101
func2 return = 202

可以看出，动态库已经更新了。
六、结束语
    本文简单介绍了linux下如何使用gcc进行编译程序、以及简单的静态、动态库的生成。静态库提供了一种打包管理方案，而动态库使程序局部更新成为了可能，更重要的是，当有多份实例存在时，动态库可减小内存的消耗（只占用一份代码空间）。