• 菜鸟攻略–C语言多文件编程初探(二):使用 gcc 手动编译多文件 C 程序


    step1:下载安装 Dev-C++

    已经安装了 Dev-C++ 或系统中的可以跳过这步。去官网下载 Dev-C++。我昨天下载,发现有点慢,所以我把安装文件放到百度网盘了,供大家下载,下载链接为:http://pan.baidu.com/s/1pLPenDx

    开始安装,记住安装位置。在安装时只能选择英文,安装完成后,第一次启动时可以选择中文。启动后,关掉。本文中我们不会用到 Dev-C++ 提供的 IDE,我们只用它目录下的 gcc 编译器。

    step2:将 Dev-C++ 目录下的 gcc 编译器工具目录添加到系统环境变量

    step 2.1:设置系统环境变量

    找到 Dev-C++ 的安装目录下的 bin 文件目录。比如我是C:Program Files (x86)Dev-CppMinGW64in。该目录下是编译程序用到的一些命令行工具,如下图:
    Dev-C++安装目录下的gcc编译器目录
    Dev-C++ 正是调用这些工具来编译程序的。

    复制该目录。在系统的文件管理器地址栏输入控制面板系统和安全系统,回车,打开系统设置,如下图:

    系统设置

    点击高级系统设置,在弹出的对话框中点击环境变量

    环境变量

    在弹出的对话框中,如下图,在系统变量的变量栏下找到Path变量,点击编辑按钮。

    添加环境变量

    会再弹出一个对话框,可以看到变量值输入栏中有很多内容,鼠标选中该输入框,将光标移动到输入内容的最后,添加一个英文分号;,然后在后面粘贴之前找到的 gcc 编译器命令行工具目录,我的是C:Program Files (x86)Dev-CppMinGW64in,然后点确定,依次关闭所有的弹窗。

    step2.2:验证

    打开开始,输入cmd,回车。打开了控制台终端,输入gcc --version,如果输入如下图所示,则说明设置成功。

    cmd验证

    如果显示错误信息,可能是你前面哪部走错了。或者你需要重启系统。

    step3:编辑程序

    和前一篇文章一样,我们要编辑三个程序源文件。先创建一个目录,再使用你最喜欢的编辑器创建下面三个文件:

    myfile.h

    //myfile.h
    // 这里只有三个函数声明
    void func1();
    void func2();
    void func3();
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5

    myfile.c

    // myfile.c
    // 这里是3个函数实现
    #include <stdio.h>
    #include "myfile.h"
    
    void func1()
    {
      printf("func1
    ");
    }
    
    void func2()
    {
      printf("func2
    ");
    }
    
    void func3()
    {
       printf("func3
    ");
    }

    main.c

    # include <stdio.h>
    #include "myfile.h"
    
    int main()
    {
      func1();
      func2();
      func3();
    
      return 0;    
    }

    step4:编译程序

    打开一 cmd 窗口,输入上面三个程序所在的盘符,然后用cd命令跳转到程序所在目录下。

    跳转到所在目录

    编译myfile.c生成中间文件

    在 cmd 中输入:

    gcc -c myfile.c
    • 1

    -c表示只编译成二进制的中间文件,但不链接。你会看到程序所在目录下多了一个myfile.o文件

    编译main.c生成中间文件

    gcc -c main.c
    • 1

    同样会在当前目录下生成一个 main.o 文件。

    链接main.omyfile.o,生成最终的可执行文件:

    gcc main.o myfile.o
    • 1

    同样会在目录下生成一个a.exe,即最终的可执行文件。

    检测一下a.exe是否能执行:

    a.exe
    • 1

    输出如下图所示:

    输出结果

    说明我们的编译成功了。

    你也可以直接使用gcc main.c myfile.c来完成整个过程,这种情况下,编译器还是会在背后走这些步骤,只不过只把最后结果给你看。

    在上面的每一步编译过程中,我们都可以用-o参数来指定生成文件的文件名。比如gcc main.o myfile.o -o main.exe生成的可执行文件名为main.exe

    C 程序的模块化

    C 程序的编译过程

    C 程序的编译单位为每个 .c 源文件,整个编译过程大致可以分为四个阶段:预处理、编译、汇编、链接。每个编译单元都会经过预处理、编译,最后将各个单元生成的中间文件链接到一起形成可执行文件。

    预处理阶段的工作主要包括:宏替换、头文件包含内容替换等。

    编译阶段的主要工作是:将预处理后的源文件转换成汇编代码。

    汇编阶段的主要工作是:将上一阶段生成的汇编代码编译成二进制文件,即中间文件。

    链接阶段的主要工作是:将各中间文件链接到一起,生成可执行文件。(如果程序使用了静态链接库,链接阶段还会将静态库导入到可执行文件中,目前我们不需要了解。)

    上面提到的编译过程不一定完整和准确,但对于我们理解如何编译多个源文件的程序已经够用了。

    以前面我们编译的程序为例,我们的整个编译过程如下图所示。
    C语言程序编译过程
    特别提一下,在预处理阶段会进行头文件包含的替换工作。比如将#include "myfile.h"替换为myfile.h文件中的内容。myfile.c替换后的结果大概如下:

    /*
    * stdio.h 的替换内容
    */
    void func1();
    void func2();
    void func3();
    void func1()
    {
      printf("func1
    ");
    }
    
    void func2()
    {
      printf("func2
    ");
    }
    
    void func3()
    {
       printf("func3
    ");
    }

    main.c替换后的结果也可以这样脑补。

    想要前进,我们还得补充一下编译器在编译和链接阶段时所作的工作。我们知道main.o是从main.c生成,main.c中调用了三个函数,而这三个函数在main.c中并没有实现。那编译器是怎么处理的呢?是这样的:编译器在编译main.c时看到三个未实现的函数声明,就根据它们的函数声明给它们生成了各自的“身份ID”,不同的函数声明会生成不同的“身份ID”,“身份ID ”是唯一的。编译器暂且将这些“身份ID”记录在中间文件中。在编译myfile.o时同样会对三个函数生成三个“身份ID”,由于myfile.c中的函数声明和main.c中的函数声明一样,所以生成的三个“身份ID”也一样。最后在链接main.omyfile.o时,“身份ID”就对上了,前者有调用,后者有实现,也就能正确的生成可执行文件了。

    C 程序的模块化

    其实从前面的编译过程我们就可以直观的知道,不止程序的编写是分模块的,程序的编译过程也是分模块的,各个源文件分开编译后组装。C 程序的编译单元是 .c 文件,每个 .c 源文件都会生成一个 .o 中间文件,最后所有的.o 文件链接成一个可执行文件。只有在最后的链接阶段,.o 文件才会联系到一起。

    所以我们修改了某个源文件,只需要重新编译这个源文件即可,没修改的文件不需要重新编译,当然,最后得重新链接一次。假如我们现在修改了myfile.c,我们只想重新生成myfile.o,然后链接myfile.omain.o即可。

    所以 C 程序的模块化,即方便了程序员按逻辑组织程序,也减轻了编译器的工作,将每次修改代码后的重编译工作量减到最小。

    模块之间的依赖

    通过前面对编译过程的分析,我们可以得出这样的结论,main.o依赖于main.cmyfile.hmyfile.o依赖于myfile.cmyfile.h。而a.exe依赖于main.omyfile.o。整个依赖树如下:

              a.exe
                |
          -------------
          |           |
        main.o      myfile.o
          |           |
      ---------    -------
      |       |    |     |
    main.c  myfile.h  myfile.c

    如果某个文件的依赖项改变了,这个文件就得重新生成。myfile.h改变了,main.omyfile.o都得重新生成,进一步a.exe也得重新生成。如果只是myfile.c改变了,myfile.o要重新生成,a.exe也要重新生成。

    这个程序十分简单,依赖关系也比较简单,所以我们可以在命令行里手动编译它们,实际上我们是在靠大脑在维护它们的依赖关系。如果程序规模变大,依赖关系将复杂到我们的大脑没办法维护。如果记不住依赖关系,我们一股脑儿的全部重新编译又太耗费时间(大的程序从头编译一次可能会好几个小时,十几个小时,你怕不怕)。这时候我们就得依赖于工具了,工具有半自动和全自动工具。半自动工具,比如 makefile 需要我们手动写一次依赖关系,全自动工具,比如像 VS 和 Dev-C++会全自动维护依赖关系,不需要我们操任何心。我们用 IDE 创建工程时,IDE 在工程目录下创建的那些文件,有一些是中间文件,有一些是用来记录依赖关系的。

    结束

    恭喜你看到了这里!我们学会了手动编译程序,大致知道了编译器编译程序时做了哪些工作。明白了这些就好,在实际编程时还是使用 IDE 比较方便。我们和其他选手一样用 IDE 编程,但和他们不一样,我们知道 IDE 帮我们做了哪些事,我们简直是看透一切的(男/女)人,哈哈哈~~~

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