Linux GCC编译器和GDB调试器

GCC编译器

GCC是一个交叉平台的编译器,我想大家并不会觉得陌生。C/C++开发的时候很多时候都会用到GCC来进行编译。

GCC编译的流程

  • 文件后缀
    虽然在Linux环境下,文件的后缀对于系统来说并没有什么意义,。不想windows环境下,文件扩展名对应着程序的执行。但是和计算机交流的毕竟还是程序员,对于一个光秃秃没有后缀的文件来说,没办法一眼看出到底是什么文件类型,那么对于编译过程其实会有一系列的约定俗成的文件后缀,以方便程序员能够快速知道这个文件到底是什么。
文件后缀 说明
.c C语言源文件
.a 有目标文件构成的档案库文件
.C .cc .cxx .cpp C++源程序
.h 源程序包含的头文件
.i 经过预处理的C程序
.ii 经过预处理的C++程序
.m Objective-C源程序
.o 变异后的目标文件(二进制文件,但未链接,不能直接执行)
.s 汇编语言的程序
.S 经过预处理的汇编程序
  • GCC编译器介绍
    其实GCC是一组编译共工具的总成,他的软件包里包含众多的工具,按照类型可以分为:
    1. C编译器
    • C++编译器
    • 源码预处理程序
    • 库文件
  • GCC编译器的流程
    从源代码文件,到可执行文件需要四个过程
    1. 预处理(Pre-Processing)
    • 编译 (Compiling)
    • 汇编(Assembling)
    • 链接(Linking)
编译的流程图
  • 查看GCC的版本
    查看GCC版本的Linux Shell指令: $ gcc -v

    GCC 版本信息

  • GCC编译选项
    编译c代码的Linux Shell: $ gcc [option | filename] ...
    编译c++代码的Linux Shell: $ g++ [option | filename] ...

  • GCC编译流程的各项参数

    1. 预处理阶段
      $ gcc -E hello.c -o hello.i
    • 编译阶段
      $ gcc -S hello.i -o hello.s

    • 汇编阶段
      $ gcc -c hello.s -o hello.o

    • 链接阶段
      $ gcc hello.o -o hello

    • 演示

      • 编写一个简单的hello world 程序


        简单的hello world程序
      • 预处理之前编写的代码


        预处理指令执行

        预处理后的结果

        预处理后可以看到,和之前的代码区别很大,增加了许多的内容,但是还依然是文本文件可读的。增加的这部分内容比如包含的头文件之类的预处理内容


        源代码和预处理文件的类型
    • 编译预处理的代码


      编译阶段处理

      可以看出,会变处理完成的文件类型认识text。我们来查看一下


      编译完成以后的汇编指令
    • 汇编编译后的文件


      汇编阶段完成

      会变完成后,可以看出,生成的文件已经是一个二进制文件了,同时这个二进制文件不具备可执行的权限,添加可执行权限后,依然不能执行。


      汇编完成后强行查看的结果

      强行查看汇编后的结果,显然不适合人类阅读
    • 链接并执行


      链接完成后的结果

      明显可以看到,链接完后,会生成一个可执行文件,通过file指令也能看到executable的标识。


      链接完成后的动态库

GCC常用编译选项说明

  • -c 选项
    $ gcc -c test.c
    仅把源程序编译为目标代码并不做链接的工作, 所以采用该选项的编译指令不会生成最终的可执行程序,而是生成一个与源程序文件名相同的.o为后缀的目标文件

  • I <dir>选项
    $ gcc -I /home/inclue -o test test.c
    依赖库选项,指定库以及头文件的路径
    这个选项可以向gcc的头文件索索路径中添加新的目录<dir>
    比如对于头文件不在同一个目录下的情况直接编译会报错,那么就需要I选项来指定头文件目录

    主函数

    创建不在同一目录的源程序和头文件

    头文件

    编译过程对比

    可以看出,如果直接编译会报错,需要使用-I选项只i的那个目录才能完成编译

  • L <dir>选项
    $ gcc test.c -L /home/username/lib -lapp -o test
    用来制定所依赖的库所在的路径。如果使用了不在标准位置的库/usr/lib/,那么可以通过这个选项,想gcc的库文件搜索路径中添加新的目录

  • -static选项
    $ gcc -static test.c -o test_static
    gcc默认情况下连接的是动态库,又是为了把一些函数静态编译到程序中,而无需链接动态库时而指定(应用程序会变大,如果一个库许多函数在用,那么不应该使用)。如果一个库只是某一个函数在使用,并且不太大的情况,才适合静态编译

  • -o选项
    $ gcc test.c -o test
    默认情况下,没有该选项,刚才吹在当前目录下生成一个a.out的可执行程序。该指令可以指定生成的可执行文件的名称

  • -O 选项
    gcc对源代码编译时进行优化,这些优化在大多数情况下都会是程序执行更快

  • -O2 选项
    gcc会产生尽可能小和尽可能快的代码。
    该选项的编译速度比-O慢,但通常产生的代码执行的速度会更快。

  • -pedantic
    以ANSI/ISO标准列出所有警告

  • -w
    禁止输出警告信息

  • Werror
    将所有警告转换为错误

  • -Wall
    显示所有的警告信息

  • -g
    生成调试信息,GNU调试器可以利用该信息。gcc编译器使用该选项进行编译时,将调试信息加入目标文件当中,这样GDB调试器就可以根据这些调试信息来跟踪程序的执行状态

  • -pg
    编译完成后,,额外产生一个性能分析所需的信息

  • 编译多个头文件和源文件
    代码:


    h1.h

    c1.c

    h2.h

    c2.c
    • 方法一:分步处理
    1. 由c1.c生成目标文件c1.o
      $ gcc -c c1.c -o c1.o
    • 由c2.c生成目标文件c2.o
      $ gcc -c c2.c -o c2.o
    • 由两个目标文件生成程序
      $ gcc c1.o c2.o -o m1
      实操过程
  • 方法二:同时处理

    • 直接使用源代码来编译
      $ gcc c1.c c2.c -o m2
      实操过程
  • 单个生成会报错


    单独编译的报错信息

GCC编译的函数库

函数库分为静态库和动态库两种。
静态库,指编译链接时,把库文件的代码全部加入到可执行文件中,因此生成的文件较大,但运行时就不需要其他的库文件了。后缀一般为“.a”。
动态库,与静态库相反,在编译链接时没有把库文件的代码加入到可执行文件中去,而是在程序执行时链接文件加载库,这样可以节省系统的开销。动态库的后缀一般为“.so”

项目 Linux Windows
目标模块 func.o FUNC.obj
静态库 lib.a LIB.lib
动态库 lib.so LIB.dll
程序 Program Program.exe
  • 如何编译一个动态库
    • 编译动态库需要用到的选项

      • -shared 选项
        指定生成动态链接库(让连接器生成T类型的导出符号表,有时有也生成若连接W类型的导出符号),不用改标志外部程序无法连接,相当于一个可执行文件
      • -fPIC选项
        表示编译为位置独立的代码,不用此选项,编译后的代码是位置相关的,所以动态载入时,是通过代码拷贝的方式来满足不同进程的需要,而不能达到真正代码段共享的目的。
    • 编译动态库
      $ gcc -c -fpic hello.c 生成.o的目标文件
      $ gcc -shared -s hello.o -o libhello.so

      libhello.so库文件的命名格式为lib+name+.so的形式
      以上的两个命令可以用一个代替 $ gcc -fpic -shared -s hello.c -o libhello.so

      $ cp libhellp.so /usr/lib 把编译好的库拷贝到用户库自动搜索的路径
      $ gcc -l hello main.c -o run编译C代码

      编译动态库实操

删除动态库后执行的报错信息

其实也可以选择不把so文件放在系统的库里面,那么就需要手动添加搜索的路径

$ gcc -L /home/ test.c -l hello star.c -o my 使用不在系统目录下的动态库的编译

$ vim /etc/ld.so.conf 配置自动搜索动态库的路径
添加/home/ 添加路径即可

添加路径到配置文件

$ ldconfig 重新配置动态库链接信息

实际操作
  • 如何编译一个静态库
    $ gcc -c hello.c -o hello 编译库的目标文件
    $ ar -rc libhello.a hello 把库的目标文件编译为静态库
    $ gcc star.c libhello.a -o mx编译主程序,注意:需要用添加静态库
    ar是gnu的归档工具,rc表示replace and create
实操过程

通过nm xxx.a可以查看该静态库中的函数都有哪些

动态编译和静态编译后的可执行文件的大小对比

由上图可以看出mx(静态编译)比mx.d(动态编译)的可执行文件要大

GDB调试

语法$ gdb [参数] filename

  • -symbols = file

    • -s file:读出文件(file)的所有符号
  • -core

    • -c :这里的core是程序非法执行后的core dump后产生的文件
  • -directory

    • -d:加入一个源文件的搜索路径。默认搜索路径是环境变量中PATH所定义的路径
  • quiet

    • q:使用该参数不显示gdb的介绍和版权信息等
  • gdb命令

    1. file:指定要调试的可执行程序
    • kill:终止正在调试的可执行程序
    • next:执行一行源代码,但不进入函数内部
    • list:部分列出源代码
    • step:执行一行源代码,并不进入函数内部
    • quit:结束gdb调试任务
    • watch:可以检查一个变量的值,而不管他何时被改变
    • print:打印表达式的值到标准输出
    • break N:在指定的第N行源代码设置断点
    • break funcname
    • break filename:linenum
    • break filename:funcname
    • info break:显示当前的断点清单,包括到达断点处的次数等
    • info files:显示被调试的详细信息
    • info func:显示所有的函数名
    • info local:显示当函数中的局部变量的信息
    • info prog:显示被调试程序的执行状态
    • info var:显示所有的全局和静态变量的名称
    • make:在不退出gdb的情况下运行make工具
    • shell:在不退出gdb的情况下运行shell命令
    • continue:继续执行正在调试的程序
调试界面
  • 是用core文件来调试代码
    core文件是UNIX/Linux通用的出错内存印象文件。Linux默认情况下不生成corefile,需要在~/.bashrc文件中添加ulimit -c unlimited,并使之生效。

    gdb 可执行文件 core文件

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