编译

在 Linux 的世界里，我们常常听到“编译”这个词。对于许多习惯了点击“安装”按钮的用户来说，编译似乎是一门失传的艺术，充满了神秘感。但实际上，编译是理解软件如何诞生的关键一环，也是 Linux 系统自由与开放精神的基石。

你可能会问，既然现在的软件商店（也就是发行版的“软件仓库”）里有成千上万个预先编译好的程序，为什么我们还要费心去学习编译呢？这主要有两个原因。

首先是为了“拥有选择的自由”。尽管软件仓库内容丰富，但总有一些你需要的特定软件或工具不在其中。这时，唯一的办法就是找到它的源代码，自己动手将它编译出来。

其次是为了“走在时间的前沿”。软件仓库为了追求稳定，通常不会第一时间提供最新版本的软件。如果你想体验最新的功能，或者某个新版本修复了你急需解决的问题，那么编译就是你唯一的选择。

编译究竟是什么？

简单来说，编译就是一个“翻译”过程。程序员用人类能够理解的编程语言（如 C 或 C++）写下程序的“配方”，这被称为源代码。 但计算机的中央处理器（CPU）听不懂这些，它只懂由“0”和“1”组成的机器语言。编译，就是把这份人类可读的“配方”翻译成 CPU 能直接执行的“指令”。

计算机的语言

CPU 是一个只能执行最基本命令的机器人，比如“拿起这个”、“放下那个”、“把两个数相加”。每一条命令都对应一个独一无二的数字代码，这就是机器语言。最早的程序员必须像背密码一样记住这些代码来编写程序，过程极其枯燥乏味。

为了摆脱这种困境，汇编语言诞生了。它用简单的英文缩写（如 MOV 代表移动，ADD 代表相加）来代替纯数字代码，让程序变得稍微好读一些。然后，一个叫做“汇编器”的程序会负责把这些缩写翻译成机器语言。

高级语言与编译器

但即便是汇编语言，离我们日常的思维方式也相去甚远。于是，高级编程语言（如 C、C++、Java 等）应运而生。它们让程序员可以更专注于解决问题本身，而不是关心 CPU 底层的具体操作。

这时候，就需要一个更强大的翻译官——编译器。它负责将高级语言写成的源代码，一步步翻译成计算机能够执行的机器语言。我们将在 Linux 环境中广泛使用的 C 语言编译器 gcc 就是这样一个角色。

链接：组装程序的最后一步

一个大型程序通常由许多个源代码文件组成，就像一本书由不同的章节构成一样。编译器会先把每个源代码文件单独编译成一个中间文件。但这些中间文件还不能独立运行，因为它们可能会互相依赖，或者需要使用一些公共的功能。

比如，很多程序都需要“打开文件”这个功能。如果每个程序都自己实现一遍，无疑是巨大的浪费。因此，系统提供了一些共享的库（Library），里面包含了各种常用功能的实现。

链接器（Linker） 的工作，就是把编译器生成的所有中间文件和它们所需要的库“链接”在一起，像搭积木一样，最终组装成一个完整、独立、可执行的程序文件。

编译与解释：两种不同的执行方式

并非所有的程序都需要编译。我们之前学习的 Shell 脚本，以及现在非常流行的 Python、Ruby 等语言，都属于解释型语言。

它们不需要预先编译成可执行文件，而是依赖一个叫做解释器的程序。当你运行一个脚本时，解释器会实时地逐行读取代码，然后翻译一行、执行一行。

这就像一个同声传译，说话人说一句，他翻译一句。这样做的好处是开发起来更快速、方便，省去了编译的等待时间。但缺点是运行效率比不上编译型程序，因为每次执行都需要重新翻译一遍。而编译型程序则像一本已经翻译好的书，读者可以随时快速翻阅，无需等待。

从零开始编译一个程序(可选读)

理论说完了，让我们来亲手实践一下。我们将编译一个简单的“计算器”程序，它可以进行基本的数学运算。

第一步：准备工具

在Linux上编译C程序，就像做菜需要锅和铲子一样，我们需要两个基本工具：gcc（编译器）和make（自动化构建工具）。 首先检查你的系统是否已经安装了gcc：

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$ which gcc
/usr/bin/gcc

如果显示了路径，说明已经安装了。如果没有显示，你需要安装开发工具包：

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# Ubuntu/Debian系统
$ sudo apt-get install build-essential
 
# CentOS/Fedora系统
$ sudo yum install gcc make

第二步：创建源代码

我们不需要下载复杂的程序，让我们自己创建一个简单的计算器程序。 首先创建一个工作目录：

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$ mkdir 我的计算器
$ cd 我的计算器

然后创建一个简单的C程序文件：

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$ nano calculator.c

在编辑器中输入以下代码：

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#include <stdio.h>
 
int main() {
    int a, b;
    char op;
    
    printf("简单计算器\n");
    printf("请输入第一个数字: ");
    scanf("%d", &a);
    
    printf("请输入运算符 (+, -, *, /): ");
    scanf(" %c", 

保存并退出编辑器（在nano中按Ctrl+X，然后按Y确认保存）。

第三步：直接编译

对于简单的程序，我们可以直接用gcc编译，不需要复杂的构建系统：

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$ gcc -o 计算器 calculator.c

这个命令的意思是：

• gcc：编译器
• -o 计算器：指定输出的可执行文件名为"计算器"
• calculator.c：要编译的源代码文件

第四步：测试程序

编译成功后，你会看到生成了一个名为"计算器"的可执行文件：

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$ ls
calculator.c  计算器

现在运行程序：

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$ ./计算器
简单计算器
请输入第一个数字: 10
请输入运算符 (+, -, *, /): +
请输入第二个数字: 5
10 + 5 = 15

太棒了！你的第一个程序编译成功了！

第五步：使用Makefile（进阶）

如果你想学习更专业的编译方式，我们可以创建一个Makefile：

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$ nano Makefile

输入以下内容：

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# 简单的Makefile
CC = gcc
CFLAGS = -Wall -g
 
# 目标文件
TARGET = 计算器
SOURCE = calculator.c
 
# 默认目标
all: $(TARGET)
 
# 编译规则
$(TARGET): $(SOURCE)
	$(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(SOURCE)
 
# 清理规则
clean:

现在你可以使用make命令来编译：

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$ make
gcc -Wall -g -o 计算器 calculator.c

使用make clean清理编译文件：

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$ make clean
rm -f 计算器

第六步：安装到系统（可选）

如果你想在任何地方都能使用这个计算器，可以安装到系统目录：

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$ sudo make install

现在你可以在任何地方直接运行：

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$ 计算器

恭喜你！你已经成功地从零开始创建、编译并安装了一个程序！这个过程展示了从源代码到可执行程序的完整流程。