linux环境下C程序的编译过程以及makefile的简单使用

2024-10-20 19:55:16

在windows下，很多用来进行编程软件对于写好的文件，点击编译即可生成想要文件。如.exe可执行文件，.hex文件或者.bin文件等等。软件为我们省略了很多事。但是对于linux初学者来说，初次接触linux系统，面对命令行黑框框有点无从下手，也不明白linux下C程序不用可视化编译器如何对程序进行编译，生成可执行文件。

一、C文件的编译过程

C语言的编译过程是将源代码转换成计算机能够被理解的机器代码的过程。一般来说主要为以下流程。

C文件->预处理->编译->汇编->连接->可执行文件。

1.1预处理

首先是预处理阶段，主要对源代码的预处理指令进行处理，如头文件 #include <stdio.h>、宏定义 #define XX 等等。将#include <xx.h>替换成头文件中的东西，并删除不属于程序的内容，如程序中的注释。预处理完输出的文件被称为pp文件，通常以.i或者.ii结尾。

1.2编译

编译阶段，通过编译器将预处理后的文件转换为汇编语言代码。在这个过程中，编译器会进行词法分析和语法分析，检查代码的语法和语义，确保代码的正确性。同时，编译器还会生成与平台相关的汇编代码。编译阶段完成后，会生成一个或多个汇编文件，这些文件是用汇编语言编写的，包含了与C语言源代码对应的机器代码指令。

1.3汇编

汇编阶段，将编译阶段生成的汇编码转换为目标文件，汇编器将汇编代码转换为机器码，并生成一个或者多个目标文件.o或.obj文件。

1.4链接

链接过程是将汇编阶段生成的目标文件或者多个目标文件以及库文件合并成一个可执行文件。链接器还会进行地址解析和重定位等工作，以确保最终生成的可执行文件中的地址正确无误。链接阶段完成后，会生成最终的可执行文件，这个文件可以直接在操作系统上运行。

二、GCC编译器

gcc编译器是linux环境中使用的比较多的一个编译器，gcc（GNU Compiler Collection，GNU编译器套件）。

在linux下可以直接通过命令行查看gcc编译器的使用方法

man gcc

在命令行界面中直接输入man gcc即可查看使用方法

gcc         xx1        xx2

xx1为选项，即使用gcc进行什么操作 xx1可为以下几种选项

-c：只编译不链接为可执行文件，编译器将输入的.c 文件编译为.o 的目标文件。

-o： <输出文件名>用来指定编译结束以后的输出文件名，如果不使用这个选项的话 GCC 默
认编译出来的可执行文件名字为 a.out。例 gcc -o hello hello.c hello为生成的可执行文件的名字，hello.c为需要编译的c文件。

-g：添加调试信息，如果要使用调试工具(如 GDB)的话就必须加入此选项，此选项指示编
译的时候生成调试所需的符号信息。

-O：对程序进行优化编译，如果使用此选项的话整个源代码在编译、链接的的时候都会进
行优化，这样产生的可执行文件执行效率就高。

-O2：比-O 更幅度更大的优化，生成的可执行效率更高，但是整个编译过程会很慢。

2.1 编译流程

GCC 编译器的编译流程是：预处理、编译、汇编和链接。预处理就是展开所有的头文件、
替换程序中的宏、解析条件编译并添加到文件中。编译是将经过预编译处理的代码编译成汇编
代码，也就是我们常说的程序编译。汇编就是将汇编语言文件编译成二进制目标文件。链接就
是将汇编出来的多个二进制目标文件链接在一起，形成最终的可执行文件，链接的时候还会涉
及到静态库和动态库等问题。

2.2 单个文件编译运行

对于简单的单个的C程序，只需要调用系统的头文件，而不需要调用外部自己编写的c程序，那么只需要使用 gcc -o xx xx.c即可。如下所示。

在命令行中输入

vi hello.c

在hello.c中添加一个简单的c程序

  #include <stdio.h>
   
   int main(void)
   {
           printf("hello world\r\n");
           return 0;
   }

保存后退出，使用gcc编译

gcc -o hello hello.c

使用ls 即可查看到生成的hello文件

运行 ./hello 即可看到命令行输出打印信息

2.3 多个文件编译链接运行

通过键盘输入两个整形数字，然后计算他们的和并将结果显示在屏幕上，在这个工程中我们有 main.c、 input.c 和 calcu.c 这三个 C 文件和 input.h、 calcu.h 这两个头文件。其中 main.c 是主体， input.c 负责接收从键盘输入的数值， calcu.c 进行任意两个数相加。

在文件夹中创建以下几个文件

main.c

  1 #include <stdio.h>
  2 #include "input.h"
  3 #include "calcu.h"
  4 
  5 int main(int argc, char *argv[])
  6 {
  7  int a, b, num;
  8  input_int(&a, &b);
  9  num = calcu(a, b);
 10  printf("%d + %d = %d\r\n", a, b, num);
 11  }

input.c

#include <stdio.h>
#include "input.h"

void input_int(int *a, int *b)
 {
  printf("input two num:");
  scanf("%d %d", a, b);
  printf("\r\n");
 }

calcu.c

#include "calcu.h"
int calcu(int a, int b)
{
  return (a + b);
}

input.h

#ifndef _INPUT_H
#define _INPUT_H

void input_int(int *a, int *b);

#endif

calcu.h

#ifndef _CALCU_H
#define _CALCU_H

int calcu(int a, int b);

#endif

输入命令行

gcc main.c calcu.c input.c -o main

对 main.c calcu.c input.c 进行编译并链接成 main 可执行文件

运行结果

三、 makefile引入使用

3.1 实例

对于2.3中的例子，只需要一行代码即可解决编译，看起来还是挺简单的。但是在实际项目中，有很多.c和.h文件，如果每次都这样编译链接的话可就太麻烦了。因此引入makefile简化这个编译流程。

在当前文件中创建一个 Makefile文件

vi Makefile

在代码中添加

  1 main: main.o input.o calcu.o
  2         gcc -o main main.o input.o calcu.o
  3 main.o: main.c
  4         gcc -c main.c
  5 input.o: input.c
  6         gcc -c input.c
  7 calcu.o: calcu.c
  8         gcc -c calcu.c
  9 
 10 clean:
 11         rm *.o
 12         rm main

写好makefile后，使用make 即可对多个文件进行编译、链接

make

可以看到编译器单独对 main.c input.c calcu.c 进行了编译，最后链接生成了main.o可执行文件

对于多个C文件来说，方便了很多。

3.2 makefile解释

  1 main: main.o input.o calcu.o
  2         gcc -o main main.o input.o calcu.o
  3 main.o: main.c
  4         gcc -c main.c
  5 input.o: input.c
  6         gcc -c input.c
  7 calcu.o: calcu.c
  8         gcc -c calcu.c
  9 
 10 clean:
 11         rm *.o
 12         rm main

   main: main.o input.o calcu.o
           gcc -o main main.o input.o calcu.o

main 是最后需要生成的目标文件，而main.o input.o calcu.o是生成main所需要的依赖文件
如果要更新目标 main，就必须先更新它的所有依赖文件，如果依赖文件中的任何一个有更新，那么目标也必须更新，“更新”就是执行一遍规则中的命令列表。并通过gcc 命令将main.o input.o calcu.o链接成可执行文件main。

   main.o: main.c
           gcc -c main.c

如上述代码差不多，main.o为目标文件，main.c为依赖文件，通过执行gcc -c main.c生成目标文件。input.o calcu.o跟这个一样就不过多阐述了。

  clean:
          rm *.o
          rm main

当需要清除生成的目标文件时，可通过命令行控制，删除以.o结尾的目标文件，删除可执行文件 main。

可以看到，输入make clean命令后，以上文件皆被删除了。

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