Linux环境编译多个C程序文件

本文使用的项目 是 universe 项目,宇宙的意思,提取码:mku9 。请下载后放到 Document 目录,项目结构如下:

linux-c-multiple-1-1

这个项目是这样的,zeus 是 宙斯的意思,他可以控制 3 个星球 ,太阳,月亮,地球 旋转。



大部分 C/C++ 开源项目,程序文件都有几百个,甚至几千几万个文件,但是不要被多文件吓到。gcc 编译的时候实际上都是单文件编译,然后链接阶段才是多文件,整个流程图如下:

linux-c-multiple-1-2

本项目的编译命令如下:

gcc -c -o zeus.o zeus.c
gcc -c -o sun.o sun.c
gcc -c -o moon.o moon.c
gcc -c -o earth.o earth.c

提示:以上命令可以加上 -v 或者 -### 显示更多的编译信息。

上面的命令,我是先 编译 zeus.c 文件的,虽然这个 zeus.c 文件依赖 sun.c,moon.c 跟 earth.c 3 个文件,但是 编译阶段不需要知道这 3 个 C 文件的存在,只需要在代码 里 include 一下他们的头文件,知道函数的定义即可。

编译阶段不需要知道 依赖函数的具体实现。

编译完成之后,执行以下命令开始链接:

gcc -o zeus zeus.o sun.o moon.o earth.o

运行情况如下:

linux-c-multiple-1-3

至此,一个多文件的C项目,就编译完成。

不过目前的示例过于简单,很多项目的C文件会嵌套使用函数,例如 现在有个新需求, 太阳转的时候 月亮要跟着转。所以我们在 sun.c 里面改动一下代码,加上以下代码:

linux-c-multiple-1-4

因为 sun.c 调用了 moon_rotate() 函数,所以需要引入 moon.h 头文件,但是不要被引入头文件这个操作迷惑,在编译阶段,sun.c 跟 moon.c 依然是没有一丁点关系,依然是独立编译。

在编译阶段,sun.c 里面的 moon_rotate() 会被替换成 call 00 00 00 00 ,占下位置。

在链接阶段,链接器 就会去 扫描 moon.o 文件,找到 moon_rotate() 函数的真正地址,然后进行替换,因为 moon_rotate() 函数被调用了两次,第一次是在 zeus.c 里面调用,第二次是 在 sun.c 里面调用,所以链接器需要替换两个地方的地址。

再执行之前的编译命令,运行效果如下,月亮旋转了两次。

linux-c-multiple-1-5


上面的例子还是偏简单,在实际项目中,你可能会遇到一些 Makefile ,gcc 接受多个输入文件的情况,之前说过,gcc 可以接受多个输入文件。

现在 sun.c 依赖 moon.c 的函数,我们试着把这两个文件一起编译,看看会怎样?

gcc -c -o sun-moon.o sun.c moon.c

linux-c-multiple-1-6

从上图可以看到,这条命令立即报错了,因为编译多文件的时候,不能使用 -c 参数,-c 参数是让 gcc 不要进行链接操作。

咱们 把 -c 去掉,再跑一次。

linux-c-multiple-1-7

依旧报错,这是因为,如果 gcc 进入 链接阶段 就会去找 main 函数的具体地址,而 main 函数的地址在 zeus.o 里面,zeus.o 没传递给 gcc 命令行参数,所以就报错了。

因此,无论是多庞大的C/C++ 项目,编译阶段,都是单个文件编译的,单个文件里面引用了外部的变量,函数。编译阶段只会把这些引用 替换成一些占位符号,例如 00 00 。

只有在链接阶段,gcc 才可以接受多个 文件作为输入。然后 扫描这些输入文件,找到各个 函数符号地址,然后进行替换。链接器通常会扫两次输入文件,第一次找到所有符号,第二次才开始替换占位符号。


通常大型 C/C++ 项目编译问题,主要有以下几种:

1,找不到头文件,错误信息如下:

linux-c-multiple-1-8

上面的报错,是因为我把 moon.h 头文件删了。

找不到头文件这种编译错误怎么解决,通常是 头文件的搜索路径里面没有 相关的 moon.h。这时候,需要查看 gcc 命令会从哪些目录查找头文件。

只需加上 -v 参数即可,命令如下:

gcc -v -c -o sun.o sun.c

linux-c-multiple-1-9

扩展知识:Linux 环境的大部分软件的用法,都在 --help 里面,学会看 --help 跟 日志是非常重要的。而 Windows 的大部分软件,也有 /? 来查看帮助,但是微软的文档更全面一些,中文版的文档 微软更全面一些。

上图中日志的 意思是,会在当前目录跟 /usr/include/usr/local/include等等这些目录下搜索 moon.h ,由于这些目录都没有 moon.h 文件,所以编译器就会报错。

因此,如果你的项目编译的时候编译器找不到头文件,而你确确实实有头文件,那就是 头文件的目录不在 编译器搜索路径里面,加上去即可,可以通过 -I 参数加上搜索路径。

gcc -v -c -o sun.o sun.c -I/home/ubuntu/

上面的命令可以编译成功,因为我把 moon.h 放到了 /home/ubuntu/ 目录下面。


#include 引入头文件有两种写法。

#include "moon.h"
#include <moon.h>

<moon.h> 是只在系统目录下查找,不在当前目录查找,找不到头文件就报错。"moon.h" 会在当前目录查找,也会在系统目录查找。


2,undefined reference ,错误信息如下:

linux-c-multiple-1-10

上面这个错误是因为 我把 moon.o 写漏了,加上即可。


3,C/C++ 大型项目还有很多 编译 静态库,动态库的常见问题,下一篇文章再做讲解。

扩展阅读:

1,《打印头文件搜索路径》


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