C++ 编译与链接

1. 编译系统

从源码文件到可执行程序是如何实现的呢？下面写个简单的程序来进行说明。
以下是一个 hello.c 程序：

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

在Linux系统上，由编译器把源文件转换为可执行文件的命令如下：

gcc hello.c -o hello

这是gcc编译器一步到位将源文件编译成了可执行文件，其中省略了的几个步骤，由gcc编译器自动执行。我们拆开来看，整个编译分为四个步骤：

1-> gcc -E hello.c -o hello.i
2-> gcc -S hello.i -o hello.s
3-> gcc -c hello.s -o hello.o
4-> gcc hello.o -o hello

步骤1：预处理阶段，处理以 # 开头的预处理命令；
步骤2：编译阶段，翻译成汇编文件；
步骤3：汇编阶段，将汇编文件翻译成可重定位目标文件（.o文件）；
步骤4：链接阶段，将可重定位目标文件和 printf.o 等单独预编译好的目标文件进行合并，得到最终的可执行目标文件。

以上就是编译链接成可执行文件的过程，下面介绍两种链接方式：静态链接和动态链接。

2. 静态链接

2.1 为什么需要静态链接

在实际开发中，我们不可能把所有的代码都写在一个源文件中，所以会出现很多源文件。这些源文件并非是独立的，而是有一定的依赖关系，如一个源文件需要调用另一个源文件中的函数，但是每个源文件都是独立编译的，即每个 .c 将会编译成对应的 .o 文件，那么就需要将这些目标文件进行链接，从而生成一个可执行文件，这个过程就是静态链接。

2.2 静态链接的过程

在Linux中，静态链接库以 .a 为文件后缀，如 libc.a 为 c语言的静态链接库。
在示例程序中，调用了 stdio.h 中的 printf 函数，在 libc.a 中找到 printf.o 和它的依赖目标文件，然后将这些依赖文件和我们的 hello.o 文件链接打包成一个可执行文件，过程如下图：

2.3 静态链接的优缺点

优点：

因为可执行程序中已经具备了执行程序所需要的所有东西，所以程序加载速度快，执行速度也快。
只需要保证开发者计算机上有正确的 .a 文件，在发布可执行程序时，不需要考虑发布机器上是否存在 .a 文件。

缺点：

使用静态链接生成的可执行文件体积较大，包含了相同的公共代码，造成空间浪费。
更新困难，如果静态库文件更新，需要重新编译链接整个可执行文件，再行发布。

3. 动态链接

为了解决静态链接的缺点，就需要使用到动态链接。
在Linux中，动态链接库以 .so 为文件后缀。
动态链接的思想就是将程序按照模块拆分为各个相对独立的部分，在程序运行时才将它们链接在一起形成完整的程序。

优点：

更加节省内存并减少页面交换。
更新方便，更新时只需要替换原来的目标文件，而无需将所有的程序再重新链接一遍。
可是实现进程之间的资源共享。

缺点：

当某个动态库更新后，如果依赖该动态库的程序与更新后的动态库不兼容，则该程序将无法正常执行。
因为是运行时加载，所以相对于静态链接，性能会有所下降。