编译和链接

写在前面

只讨论C语言。

“二进制代码”——指被能够计算机直接执行的代码（至于究竟是操作系统层的命令，还是CPU的机器指令，这里不做深入讨论）。

头文件

一般是.h文件。

头文件的功能在于指示编程人员和编译器：哪些函数可以调用？这些函数应该怎么调用（参数和返回值）？

头文件不指示任何库的存储位置。所有需要的库文件，应位于默认目录或指定目录。

中间代码文件

一般是.o或.obj文件。

中间代码文件包括：

• 一般语句的二进制编码。
• 用户定义函数的二进制编码和接口。
• 函数调用的指示（可以理解为“链接”或“指针”）。

中间代码文件的使命在链接完成后就结束了。

库

库是一个文件。

库的内容是形成库的若干个中间代码文件内容的集合。

库和中间代码文件的格式不一样。

静态库

在Windows中被称为“静态链接库”。

静态库本质上是一个库。在Linux中一般为.a文件，在Windows中为.lib文件。

假设若干个可执行文件在链接时使用了相同的静态库。实际上，静态库产生的二进制编码被放进了可执行文件中。当这些可执行文件运行的时候，每个可执行文件产生的进程，在内存中各有一份上述二进制编码的副本。

静态链接库的使命在链接完成后就结束了。

同一个可执行文件产生的进程在内存中共用一份代码段。这是Linux操作系统内存管理的特性，与静态库无关。

共享库

在Windows中被称为“动态链接库”。

共享库本质上是一个库。在Linux中一般为.so文件，在Windows中为.dll文件。

假设若干个可执行文件在链接时使用了相同的共享库。实际上，共享库被可执行文件所引用，其二进制编码并没有被放进可执行文件中。当这些可执行文件运行时，被不同可执行文件使用的、同一个由共享库产生的二进制编码，在内存中只有一个副本。这个副本由所有可执行文件的所有进程共用。

静态库和共享库的格式不同，两者的大小不具有可比性。

编译与链接

编译

过程：由源文件生成中间代码文件。

命令：gcc

选项：-c

打包静态库

过程：用中间代码文件生成静态库。

命令：ar

选项：-r

打包共享库

过程：用中间代码文件生成共享库。

命令：gcc

选项：-shared -fPIC

注意：

• 在编译中间代码文件时和打包共享库时，都必须添加上述选项！否则打包会出错。
• 若不加-fPIC，则生成“伪共享库”。“伪共享库”既不会被放入可执行文件，又不能被多个引用其的可执行文件共享。

静态链接

过程：用中间代码文件和静态库（可无）生成可执行文件。

结果：可执行文件包含运行所需要的全部二进制代码（包括被调用的系统函数的二进制代码）。可执行文件一般可以独立运行。

命令：gcc

选项：-static

动态链接

过程：用中间代码文件、静态库（可无）和共享库（可无）生成可执行文件。

结果：

• 可执行文件包括中间代码文件和静态库中的二进制代码，这些二进制代码来源于：a.基本语句；b.自定义函数的实现。
• 可执行文件依赖于：链接时使用到的共享库（所有层次的，全部的）。
• 可执行文件一般不能独立运行。

命令：gcc

选项：无

其他

静态编译 = 编译 + 静态链接

动态编译 = 编译 + 动态链接

可以使用ldd命令来查看可执行文件所依赖的共享库。

gcc命令的其他常用选项：

• -Wl,-rpath,./：可执行文件运行时，将所在目录加入共享库的查找范围。
• -include：查找头文件并加入编译。
• -I（大写的i）：将目录的所有头文件加入编译。
• -l（小写的L）：查找库并加入编译（后面紧跟库的缩写）。
• -L：将目录加入库的查找范围。应将-L放在gcc命令的最后，否则某些时候会出错。

GCC会自动地将一些头文件和库加入编译和链接：

• 头文件的默认查找目录：当前目录、/include/、/usr/include/
• 库的默认查找目录：当前目录、/lib/、/usr/lib/