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Linux中编译C++

这是一篇技术文章，如果你想继续阅读，并希望从中有所收获，你现在应当具备以下技能：

  • C++ 编程语言基础
  • Linux 操作系统基础

本文目录

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1. GCC概述
2. g++编译过程
3. g++重要编译参数
   3.1. 编译带调试信息的可执行文件
   3.2. 优化源代码
   3.3. 指定库文件
   3.4. -I 指定头文件搜索目录
   3.5. -Wall 打印警告信息
   3.6. -w 关闭警告信息
   3.7. 使用-std 设置编译标准
   3.8. -o(小写) 指定输出文件名
4. 总结

1. GCC概述

GCC（GNU Compiler Collection，GNU编译器套件）是由GNU开发的编程语言译器。而GCC下面有两个比较常用的工具就是gcc(GUN C Compiler)和g++(GUN C++ Compiler)，即C语言编译器和C++编译器。人们通常用gcc编译纯C代码，用g++编译C++代码。实际上可以用直接用g++编译C或者C++代码，本文我们学习怎样使用g++。

  • GCC 编译器支持编译 Go、Object-C、Object-C ++、Fortran、Ada、BRIG（HSAIL）等程序；
  • Linux 开发 C/C++ 一定要熟悉 GCC；
  • VSCode 是通过调用 GCC 编译器来实现 C/C++的编译工作的。

开始之前，先安装g++编译工具，如下命令

Bash
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sudo apt install -y g++

2. g++编译过程

使用 g++ 编译C++源代码的时候，我们可使用以下命令 即可完成编译C++源代码文件，并且直接产生可执行的二进制文件

Bash
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# 编译test.cpp 文件，在 Linux 下，默认产生名为 a.out 的二进制可执行文件
g++ test.cpp

实际上，上面的一步编译指令包含了以下几个过程

第一步：预处理 Pre-processing，生成.i 文件

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

第二步：编译-Compiling，生成.s 文件

Bash
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# -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

第三步：汇编-Assembing，生成.o 文件

Bash
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# -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

第四步：链接-Lingking，生成 bin 二进制文件

Bash
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# -o 编译选项来为将产生的可执行文件指定文件名，如果不使用-o参数，在Linux下默认输出名为 a.out 的可执行文件
g++ test.o -o test

3. g++重要编译参数

3.1. 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(DGB) 使用的调试信息，以调试程序

Bash
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# 产生带调试信息的可执行文件test
g++ -g test.cpp -o test

3.2. 优化源代码

所谓优化，是指如省略代码中从来未使用过的变量、直接常量表达式用结果替代等操作，这些操作会缩减目标文件所含的代码，提高最终生成的可执行文件的运行效率。

O 参数告诉 g++ 对源代码进行基本优化。这些优化在大多数情况下都使程序执行得更快，常用优化级别如下：

-O: 同时减少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: 表示默认优化

-O2: 告诉 g++ 产生尽可能小和尽可能快的代码。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: 包括循环展开和其他一些与处理性相关的优化工作，选项将使编译的速度比 -O 慢，但通常产生的代码执行速度会更快。

Bash
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# 使用 -O2 优化源代码，并输出可执行文件。
g++ -O2 test.cpp

3.2.1 源代码优化示例

创建一个效率低下的代码文件 src/01_basic/inefficency.cpp ，添加以下C++源代码

C++
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#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    unsigned long int counter;
    unsigned long int result;
    unsigned long int temp;
    unsigned long int five;

    for (counter = 0; counter < 2009 * 2009 * 100 / 4 + 2010 ; counter += (10-6)/4)
    {
        temp = counter/1979;
        for (int i = 0; i < 20; i++)
        {
            // 每次循环都会进行一次无用的 复杂的运算
            five = 200 * 200 / 8000;
            result = counter;
        }
    }

    cout << "result = " << result << endl;

    return 0;
}

先使用直接编译的方式生成without_o.out可执行文件，如下命令

Bash
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# 代码无优化
g++ inefficency.cpp -o without_o.out

接下来我们再使用优化后的编译方式，生成with_o.out可执行文件，如下命令

Bash
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# 使用-O2级别的代码优化
g++ inefficency.cpp -O2 -o with_o.out

后执行两种方式编译生成的可执行文件，如下图

01_01

可以看到计算的结果是一样的，但是我们可以通过等待时间知道 没有编译优化的 without_o.out 执行时间明显大于 with_o.out。我们可以使用 time 命令计算执行程序所需的时间，可以看到明显的时间区别，如下图

01_02

总结：加上 -O 优化参数后（我们一般使用 -O2），编译器会帮我们优化低效率的代码。从而提高最终程序的执行效率。

3.3. 指定库文件

在 g++ 工具中， -l 或者 -L 指定库文件，|(大写i) 指定库文件路径

-l 参数（小写L）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、/usr/lib、/usr/local/lib里的库直接调用 -l 参数就能链接，这三个库目录我们在下文中叫做系统库目录

Bash
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# 链接 glog库 编译
g++ -lglog test.cpp

如果库文件没有放在系统库目录中，需要使用-L 参数（大写l）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

Bash
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# 链接 mytest库。libmytest.so 在 ~/lib目录下
g++ -L~/lib -lmytest test.cpp

3.4. -I 指定头文件搜索目录

/usr/include 一般不用指定，gcc 知道去那里找，但是如果头文件不在 /usr/include 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，如果不加你会得到一个 xxx.h: No such file or directory 的错误。-I 参数可以使用相对路径，也可以使用绝对路径。

Bash
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# 编译代码时，指定当前目录下的myinclude目录作为头文件目录
g++ -I/myinclde test.cpp

3.5. -Wall 打印警告信息

Bash
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打印出gcc提供的警告信息
g++ -Wall test.cpp

3.6. -w 关闭警告信息

在使用高版本的C++标准进行编译的时候，代码写的不规范的时候，比如定义变量但是不使用，g++将会提示对应的警告信息。但可以使用-w关闭这些警告

Bash
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# 关闭所有警告信息
g++ -w test.cpp

3.7. 使用-std设置编译标准

Bash
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# 使用 c++11 标准编译 test.cpp
g++ -std=c++11 test.cpp

3.8. -o(小写) 指定输出文件名

Bash
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# 指定即将产生的文件名为 test
g++ test.cpp -o test

3.9. -D 定义宏

为了演示宏的作用，创建源码文件 gcc_02_test/test.cpp ，并添加以下C++源代码

C++
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#include <stdio.h>

int main()
{
    // 根据是否存在 DEBUG 进行逻辑处理
    #ifdef DEBUG
        printf("DEBUG LOG\n");
    #endif
        printf("in\n");
    return 0;
}

使用 g++ -DDEBUG test.cpp 编译的同时定义DEBUG宏，执行编译后的可执行文件可以看到 "DEBUG LOG" 被输出。原因是我们使用-DDEBUG 参数定义 DEBUG 宏，在执行程序的时候，程序检测到了 DEBUG 宏的存在，并执行了对应的逻辑。

4. 总结

在本节课，我们掌握了以下知识：

  • GCC 的概念：GNU编译套件
  • g++ 的编译过程
  • g++ 的编译的常用参数