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title: Linux环境下c++编译工具的基本使用方法
date: 2023-01-28 15:08:00 +0800
categories: [C/C++]
tags: [g++]
pin: false
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> 撰写时间：2021-10-29，整理时间：2023-01-28

## 一、概述

开始之前，先简单概述一下基本概念，GCC：GNU Compiler Collection，中文叫 “GNU编译器套件”，它可以编译C、C++、JAV、Fortran、Pascal、Object-C、Ada等语言。

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。我通常用gcc编译存c代码，用g++编译c++。实际上可以用直接用g++编译c或者c++代码。本次我们学习怎样使用g++。

## 二、安装编译环境

以debian系Linux为例，下面是编译环境的安装步骤

编译工具与调试工具

```shell
sudo apt install -y gcc g++
```

安装验证，如果成功显示版本号，则代表安装成功

```shell
gcc --version
g++ --version
```

## 三、编译基础

### 3.1 g++ 编译器的使用

- 编译过程

第一步：预处理 Pre-processing，生成.i 文件

```shell
# -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

```shell
# -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

```shell
# -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

```shell
# -o 编译选项来为将产生的可执行文件指定文件名
g++ test.o -o test
```

### 3.2 G++重要编译参数

- 编译带调试信息的可执行文件

```shell
# -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

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

- 优化源代码

所谓优化，例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，这些操作会缩减目标文件所含的代码，提高最终生成的执行文件的运行效率。

-O 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。-O2 告诉 g++ 产生尽可能小和尽可能快的代码。如 -O2，-O3，-On（n通常为3）

-O 同时减少代码的长度和执行时间，其效果等价于 -O1

| 优化参数 |                                                    说明                                                    |
| -------- | ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
| -O0      | 表示不做优化                                                                                               |
| -O1      | 表示不做优化                                                                                               |
| 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 |

以下是相关的优化示例

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

创建一个效率低下的代码块`inefficency.cpp`，添加以下内容

```cpp
#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`a_without_o`可执行文件，如下命令

```shell
g++ inefficency.cpp -o a_without_o
```

接下来我们再使用优化后的编译方式，如下命令

```text
g++ inefficency.cpp -O2 -o a_with_o2
```

后执行两种方式编译生成的可执行文件，如下结果

```text
pan@pan-PC:~/Work/src/cmake/src$ ./a_without_o 
result = 100904034
pan@pan-PC:~/Work/src/cmake/src$ ./a_with_o2 
result = 100904034
pan@pan-PC:~/Work/src/cmake/src$
```

可以看到计算的结果是一样的，但是没有编译优化的 `a_without_o` 执行时间明显大于 `a_with_o2`。我们可以使用再次使用 `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，如下结果

```text
pan@pan-PC:~/Work/src/cmake/src$ time ./a_without_o 
result = 100904034

real    0m4.212s
user    0m4.212s
sys     0m0.000s
pan@pan-PC:~/Work/src/cmake/src$ time ./a_with_o2 
result = 100904034

real    0m0.001s
user    0m0.001s
sys     0m0.000s
pan@pan-PC:~/Work/src/cmake/src$
```

> 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。

- `-l` 或者 `-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`里的库直接调用 -l 参数就能链接

```shell
# 链接 glog库
g++ -lglog test.cpp
```

如果库文件没有放在上面的三个目录里，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

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

- -I 指定头文件搜索目录

`/usr/include` 目录一般不用指定，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`参数了，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，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。

```shell
g++ -I/myinclde test.cpp
```

- -Wall 打印警告信息

```shell
# 打印出gcc提供的警告信息
g++ -Wall test.cpp
```

- -w 关闭警告信息

```shell
# 关闭所有警告信息
g++ -w test.cpp
```

- -std=c++11 设置编译标准

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

- -o（小写） 指定输出文件名

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

- -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DEBUG来选择开启或者关闭DEBUG

添加源码文件`test2.cpp`，示例代码

```cpp
#include <stdio.h>

int main()
{
    #ifdef DEBUG
        printf("DEBUG LOG\n");
    #endif
        printf("in\n");
    return 0;
}
```

在编译的时候，使用 `g++ -DDEBUG test2.cpp` 后执行可执行文件，可以看到 "DEBUG LOG" 被输出。