Linux主要开发工具之gcc、gdb与make

此系列还有两篇，大家想完整掌握可以阅读另外两篇

Linux文本编辑与shell程序设计-CSDN博客

Linux基础知识详解与命令大全（超详细）-CSDN博客 

1.gcc编译系统

1.1 文件名后缀

文件名后缀	文 件 类 型	文件名后缀	文 件 类 型
.c	C源文件	.s	汇编程序文件
.i	预处理后的C源文件	.o	目标文件
.ii	预处理后的C++源文件	.a	静态链接库
.h	头文件	.so	动态链接库
.C   .cc  .cp .cpp  .c++   .cxx	C++源文件	.out	可执行程序文件

1.2 C语言编译过程

        1．预处理阶段

        预处理是常规编译之前预先进行的工作，故此得名。它读取C语言源文件，对其中以“#”开头的指令（伪指令）和特殊符号进行处理。主要包括文件包含、宏定义和条件编译指令。

 

2．编译阶段

编译程序（Compiler）对预处理之后的输出文件进行词法分析和语法分析，试图找出所有不符合语法规则的部分

3．汇编过程

汇编过程是汇编程序（Assembler）把汇编语言代码翻译成目标机器代码的过程

4．连接阶段

连接程序（Linker）要解决外部符号访问地址问题

连接模式分为静态连接和动态连接 

1.3 gcc命令行选项

在 Linux 系统中， C/C++ 程序编译命令是 gcc ，例如：

            $ gcc  f1.c f2.c  （针对C语言源程序）

      执行完成后，生成默认的可执行文件a.out。

1．预处理选项

    C语言预处理程序通常称为cpp，它是宏处理程序，由C编译程序自动调用，在真正的编译过程之前对程序进行转换。

• 常用选项：

          -o file  

      2．编译程序选项 

选项	功能
-c	只生成目标文件，不进行连接。用于对源文件的分别编译
-E	只生成预处理文件，不进行编译
-S	只进行编译，不做汇编，生成汇编代码文件格式，其名与源文件相同，但扩展名为.s
-o file	将输出放在文件file中。如果未使用该选项，则可执行文件放在a.out中
-g	指示编译程序在目标代码中加入供调试程序gdb使用的附加信息
-v	在标准出错输出上显示编译阶段所执行的命令，即编译驱动程序及预处理程序的版本号

  3 连接程序选项

选项格式	功能
-c   -S    -E	如果使用其中任何一个选项，那么都不运行连接程序，而且目标文件名不应该用做参数
-llibrary	连接时搜索由library命名的库。连接程序按照在命令行上给定的顺序搜索和处理库及目标文件。实际的库名是liblibrary，但按默认规则，开头的lib和后缀（.a或.so）可以被省略
-static	在支持动态连接的系统中，它强制使用静态链接库，而阻止连接动态库；而在其他系统中不起作用
-Ldir	把指定的目录dir加到连接程序搜索库文件的路径表中，即在搜索-l后面列举的库文件时，首先到dir下搜索，找不到再到标准位置下搜索
-o file	指定连接程序最后生成的可执行文件名称为file，不是默认的a.out

 1.4 动态链接库与静态链接库

Linux 下库文件的命名有一个约定，所有的库名都以 lib 开头。形如：

      libx.a        其中，x是指定的库名 

以 .a （归档， archive ）结尾的库是静态库，以 .so （共享目标， shared object ）结尾的库是动态库

生成静态库的方法实际上可分为两步：

  ① 将各函数的源文件编译成目标文件

  ② 使用ar工具将目标文件收集起来，放到一个归档文件中

动态链接库的生成

          gcc  -c  getdate.c  -shared  -o  libgetdate.so

      静态链接库的生成

          gcc  -c  getdate.c  -o  getdate.o

          ar  -rcs  libgetdate.a  getdate.o

     链接库的使用

    动态：gcc  main.c  -L/root/testgcc  -lgetdate  -o main.out

    静态：gcc  main.c  -static  -L/root/testgcc  -lgetdate  -o main.out

2 gdb程序调试工具

程序中的错误可按性质分为三种：

  （1）编译错误，即语法错误。

  （2）运行错误。

  （3）逻辑错误。

    查找程序中的错误，诊断其准确位置，并予以改正，这就是程序调试，分为人工查错与机器调试。  

2.1 启动gdb和查看内部命令

当程序执行过程中忽然中止，屏幕上显示××××-core dumped消息，然后显示提示符，其中，××××表示出错原因

为了发挥 gdb 的全部功能，需要在编译源程序时使用 -g 选项 。如：

    $ gcc  -g  prog.c  -o  prog  （针对C语言源程序prog.c）

    $ gcc  -g  program.cpp  -o  program  （针对C++源程序program.cpp）

      启动gdb的方法有以下几种：

    (1) 直接使用shell命令gdb

    (2) 以一个可执行程序作为gdb的参数

       一旦启动gdb，就显示gdb提示符：

    （gdb）

      并等待用户输入相应的内部命令

2.2 显示源程序和数据

  1．显示和搜索源程序

（1）显示源文件

  利用 list 命令可以显示源文件中指定的函数或代码行

  list                                    list [file:] num  

  list  start , end                  list [file:]function

（2）模式搜索

  forward-search  regexp    

  search  regexp  

  reverse-search  regexp

2．查看运行时数据

（1）print命令     一般使用格式是 ：print  [/fmt]  exp

当被调试的程序停止时，可以用 print 命令（简写为 p ）或同义命令 inspect 来查看当前程序中运行的数据，比如： print i*j

（2）gdb所支持的运算符

    ①  用&运算符取出变量在内存中的地址，如：print  &i ，  print  &array[i]

    ②  { type }adrexp表示一个数据类型为type、存放地址为adrexp的数据。

    ③  file :: var  （或者 function :: var ）   表示文件file（或者函数function）中变量var的值

（3）输出格式

                在print  / fmt  exp 命令中，“ /”之后的fmt是表示输出格式的字母，它由表示格式的字母和表示数据长度的字母组成 。如：

                表示格式 的字母：o    x    d    u    t    f    a    i     c    s

                表示长度的字母:    b      w     h      g

（4）whatis命令显示出变量的数据类型，如：whatis i

（5）x命令可以查看内存地址中数据的值 。其使用格式是：

     x  [/fmt]  address

（6）display命令可以预先设置一些要显示的表达式。其一般格式是：

    display  [/fmt]  exp

   要取消对先前设置的某些表达式的自动显示功能，可以使用以下命令：

     undisplay  [disnum]

     delete display [disnum]

2.3 控制程序的执行

断点（breakpoint），观察点（watchpoint），捕捉点（catchpoint），它们统称为停止点

1．设置和显示断点

（1）设置断点：用break命令（其缩写形式为b）设置断点：

break  linenum              break  linenum  if  condition 

break  function              break  file:linenum

break  file:function         break  *address                  break    

（2）显示断点

info  breakpoints  [num]

info  break  [num]

2．设置和显示观察点

（1）设置观察点

  watch expr              rwatch expr             awatch expr

（2）显示观察点

  info breakpoints             info watchpoints

3．设置捕捉点

  命令catch的格式是： catch  event

4．维护停止点

  delete             clear            disable           enable

5．运行程序

  run命令的格式： run  [args]

6．程序的单步跟踪和连续执行

（1）单步跟踪

实行单步跟踪的命令是step和next，其格式是：

 step  [N]

next  [N]

（2）连续执行

 continue，c或fg命令

7．函数调用

 call  expr                         return  [expr]

3 程序维护工具make

 3.1 make工作机制

 GNU的make的工作过程如下：

 ① 依次读入各makefile文件；

 ② 初始化文件中的变量；

 ③ 推导隐式规则，并分析所有规则；

 ④ 为所有的目标文件创建依赖关系链；

 ⑤ 根据依赖关系和时间数据，确定哪些目标文件要重新生成；

 ⑥ 执行相应的生成命令。

例6.1：某个正在开发的程序由以下内容组成：

(1) 三个C语言源文件：x.c，y.c和z.c。设x.c和y.c都使用了defs.h中的声明；

(2) 汇编语言源文件assmb.s被某个C语言源文件调用；

(3) 使用了在/home/mqc/lib/libm.so中的一组例程。

设最后生成的可执行文件名为prog。

 

 3.2 makefile文件

make被调用后会依次查找名为GNUmakefile，makefile和Makefile的文件

一个示例 :

prog: x.o  y.o  z.o  assmb.o

        gcc x.o  y.o  z.o  assmb.o  -L/home/mqc/lib -lm  -o prog

x.o:x.c  defs.h

        gcc  -c  x.c

y.o: y.c  defs.h

        gcc  -c  y.c

z.o:z.c

        gcc  -c  z.c

assmb.o:assmb.s

        as  -o  assmb.o  assmb.s

clean:

                rm prog  *.o

Makefile规则有以下通用形式：

目标文件：[相依文件…]

<tab>命令1[#注释]

…

<tab>命令n[#注释]

在格式上应注意：

• 依赖行从一行的开头开始书写

• 各命令行单独占一行，每个命令行的第一个字符必须是制表符 <tab> ，而不能使用 8 个空格 

• # 号后的内容为注释

• 在依赖行上，目标文件和相依文件之间要用一个或两个冒号分开

依赖关系图

1. 使用make的一个核心问题是确定好各文件之间的依赖关系。一般来说，生成一个目标文件可能有多个不同的途径，根据这些途径能够指定不同的依赖关系。
2. make是依据“关系图深度优先搜索”的算法来核查目标文件及相依文件的修改时间，深度相等时，可由左到右依次进行。
3. 适当地引入中间结果，合理地构造依赖关系图，可以省去一部分编译工作量。但并非层次越多越好，要考虑目标文件的生成过程及其所起的作用。

使用变量：

      变量定义和引用

       1 make的变量（又称做宏定义）一般均由大写字母和数字组成。

        定义变量的一般格式是：

       <变量名>=<字符串>

例如，下面都是合法的变量定义：

      OBJECT=x.o y.o z.o

      LIBES=-lm

引用make变量的方式与引用shell变量类似，即：把变量用圆括号括起来，并在前面加上“$”符号。例如： $(OBJECT)          $(LIBES)

2 make命令有丰富的命令行选项。 例如：

      -C dir       把目录改到dir     

      -d            输出所有的调试信息      

      -e            指明环境变量优先于makefile文件中的变量     

      -f file       使用file文件作为makefile文件     

      -I         忽略在执行重新生成文件的命令的过程中出现的所有错误     

      -I dir 或 –Idir           指定一个包含makefile文件的搜索目录

  3．预定义变量

归档库 :               AR        ARFLAGS

汇编命令：          AS        ASFLAGS

C 编译命令：        CC        CPP         CFLAGS      CPPFLAGS

C++ 编译命令：   CXX       CXXFLAGS

隐式规则：

 在makefile文件中显式地指定了一些规则，称为显式规则。

隐式规则就是一种惯例，即预先约定好了，不需要在makefile文件中写出来的规则。

几个常用的隐式规则：

 ① 编译C语言程序的隐式规则 

 ② 编译C++程序的隐式规则

 ③ 汇编和汇编预处理的隐式规则