Linux——开发工具gcc、Makefile、gdb

Linux——开发工具gcc、Makefile、gdb

一、 Linux编译器-gcc/g++使用

从之前C语言期间学习的预处理与编译中，我们能清楚的知道从我们写的.c文件到可运行的目标文件总共需要四步

1. 预处理（进行宏替换)
2. 编译（生成汇编)
3. 汇编（生成机器可识别代码）
4. 连接（生成可执行文件或库文件)

而在Linux中的编译器gcc中，也是相同的四步过程，只不过由于操作系统的不同，生成的文件后缀可能不同

如何使用gcc

格式 ：gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]

gcc处理过程

预处理(进行宏替换)

预处理功能主要包括宏定义,文件包含,条件编译,去注释等
预处理指令是以#号开头的代码行
实例：gcc –E hello.c –o hello.i
选项：“-E” 该选项的作用是让 gcc 在预处理结束后停止编译过程
选项：“-o”是指目标文件 “.i”文件为已经过预处理的C原始程序

编译（生成汇编）

在这个阶段中,gcc 首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等,以确定代码的实际要做的工作,在检查无误后 gcc 把代码翻译成汇编语言
用户可以使用“-S”选项来进行查看,该选项只进行编译而不进行汇编,生成汇编代码
实例：gcc –S hello.i –o hello.s

汇编（生成机器可识别代码）

汇编阶段是把编译阶段生成的“.s”文件转成目标文件
用户可使用选项“-c”就可看到汇编代码已转化为“.o”的二进制目标代码了
实例：gcc –c hello.s –o hello.o

连接（生成可执行文件或库文件）

在成功编译之后,就进入了链接阶段
实例：gcc hello.o –o hello

引入函数库概念

我们的C程序中，并没有定义“printf”的函数实现,且在预编译中包含的“stdio.h”中也只有该函数的声明，而没有定义函数的实现，那么是怎么实现“printf”函数的呢?

答案是:系统把这些函数实现都被做到名为 libc.so.6 的库文件中去了,在没有特别指定时，gcc 会到系统默认的搜索路径“/usr/lib”下进行查找，也就是链接到 libc.so.6 库函数中去，这样就能实现函数“printf”了，而这也就是链接的作用

函数库分类

函数库一般分为静态库和动态库两种

静态库是指编译链接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，因此生成的文件比较大，但在运行时也就不再需要库文件了，其后缀名一般为“.a”

动态库与之相反，在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中，而是在程序执行时由运行时链接文件加载库，这样可以节省系统的开销，动态库一般后缀名为“.so”

如前面所述的 libc.so.6 就是动态库，gcc 在编译时默认使用动态库，完成了链接之后,gcc 就可以生成可执行文件

如：gcc hello.o –o hello

gcc默认生成的二进制程序，是动态链接的，可以通过file命令验证

函数库总结

动态库是C/C++或者其他第三方提供的所有方法的集合，被所有程序以链接的方式，关联起来
动态链接——库中所有的函数，都有入口地址，所谓的动态链接，其实就是把要连接的库中的函数地址拷贝到我们的可执行程序的特定位置

静态库是C/C++或者其他第三方提供的所有方法的集合，被所有程序以拷贝的方式，将需要的代码，拷贝到自己的可执行程序中
静态链接——将库中的函数拷贝到需要的地方

动态链接优缺点
优点：形成的可执行程序体积比较小，比较节省资源的
缺点：稍慢一些强依赖动态库，动态库没了，所有的依赖这个库的程序都无法运行了

静态链接优缺点
优点：无视库，可以独立运行
缺点：体积太大，浪费资源

所以系统一般不选择静态库，而选择动态库

gcc选项

-E 只激活预处理,这个不生成文件,你需要把它重定向到一个输出文件里面
-S 编译到汇编语言不进行汇编和链接
-c 编译到目标代码
-o 文件输出到 文件
-static 此选项对生成的文件采用静态链接
-g 生成调试信息，GNU 调试器可利用该信息
-shared 此选项将尽量使用动态库，所以生成文件比较小，但是需要系统由动态库
-O0/-O1/-O2/-O3 编译器的优化选项的4个级别，-O0表示没有优化,-O1为缺省值，-O3优化级别最高
-w 不生成任何警告信息
-Wall 生成所有警告信息

编译过程gcc的记忆方法

二、Linux项目自动化构建工具-make/Makefile

一个工程中的源文件不计数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，makefile可以定义一系列的规则来指定，哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作

1. makefile的作用是——“自动化编译”，一旦写好，只需要一个make命令，整个工程完全自动编译，极大的提高了软件开发的效率
2. make是一个命令工具，是一个解释makefile中指令的命令工具，一般来说，大多数的IDE都有这个命令，比如：Delphi的make，Visual C++的nmake，Linux下GNU的make，可见，makefile都成为了一种在工程方面的编译方法
3. make是一条命令，makefile是一个文件，两个搭配使用，完成项目自动化构建

依赖关系

Makefile

hello:hello.o 
gcc hello.o -o hello 

hello.o:hello.s 
gcc -c hello.s -o hello.o 

hello.s:hello.i 
gcc -S hello.i -o hello.s

 hello.i:hello.c 
gcc -E hello.c -o hello.i

.PHONY:clean
 clean:
 rm -f hello.i hello.s hello.o hello

上面的文件中

hello    依赖  hello.o
hello.o  依赖  hello.s 
hello.s  依赖  hello.i
hello.i  依赖  hello.c

gcc hello.* -option hello.* 就是与之对应的依赖关系

工作原理

make是如何工作的，在默认的方式下，也就是我们只输入make命令的情况下

1. make会在当前目录下找名字叫“Makefile”或“makefile”的文件
2. 如果找到，它会找文件中的第一个目标文件（target），在上面的例子中，他会找到“hello”这个文件，并把这个文件作为最终的目标文件
3. 如果hello文件不存在，或是hello所依赖的后面的hello.o文件的文件修改时间要比hello这个文件新（可以用touch测试），那么他就会执行后面所定义的命令来生成hello这个文件
4. 如果hello所依赖的hello.o文件不存在，那么make会在当前文件中找目标为hello.o文件的依赖性，如果找到则再根据那一个规则生成hello.o文件。（这有点像一个堆栈的过程）
5. 当然，你的C文件和H文件是存在的啦，于是make会生成 hello.o 文件，然后再用 hello.o 文件声明make的终极任务，也就是执行文件hello了
6. 整个make的依赖性，make会一层又一层地去找文件的依赖关系，直到最终编译出第一个目标文件
7. 在找寻的过程中，如果出现错误，比如最后被依赖的文件找不到，那么make就会直接退出，并报错，而对于所定义的命令的错误，或是编译不成功，make根本不理
8. make只管文件的依赖性，即如果在我找了依赖关系之后，冒号后面的文件还是不在，那么make就不会工作了

值得注意的是，对于一个文件我们在bash中执行make指令后，make会自动帮我们生成对应的文件，此时若我们再次执行make指令，系统会提示生成的文件是最新的，不需要重新生成，make会检测是否需要更新，也就是并不是总是被执行的，这与下文中.PHONTY修饰后可以总是被执行不同

项目清理

工程是需要被清理的
像clean这种，没有被第一个目标文件直接或间接关联，那么它后面所定义的命令将不会被自动执行，不过，我们可以显示要make执行，即命令——“make clean”，以此来清除所有的目标文件，以便重编译

但是一般我们这种clean的目标文件我们将它设置为伪目标,用.PHONY修饰,伪目标的特性是，总是被执行的

这与上文中重复make的执行情况不同，具体原理可以看下图

Linux调试器-gdb使用

程序的发布方式有两种，debug模式和release模式
Linux gcc/g++出来的二进制程序，默认是release模式
要使用gdb调试，必须在源代码生成二进制程序的时候，加上-g选项，进入debug模式

使用指令

进入gdb：gdb 二进制文件名
退出gdb：ctrl + d 或 quit

调试命令

list／l 行号：显示binFile源代码，接着上次的位置往下列，每次列10行
list／l 函数名：列出某个函数的源代码
r或run：运行程序
n 或 next：单条执行
s或step：进入函数调用
break(b) 行号：在某一行设置断点
break 函数名：在某个函数开头设置断点
info break ：查看断点信息
f inish：执行到当前函数返回，然后挺下来等待命令
print§：打印表达式的值，通过表达式可以修改变量的值或者调用函数
p 变量：打印变量值
set var：修改变量的值
continue(或c)：从当前位置开始连续而非单步执行程序
run(或r)：从开始连续而非单步执行程序
delete breakpoints：删除所有断点
delete breakpoints n：删除序号为n的断点
disable breakpoints：禁用断点
enable breakpoints：启用断点
info(或i) breakpoints：参看当前设置了哪些断点
display 变量名：跟踪查看一个变量，每次停下来都显示它的值
undisplay：取消对先前设置的那些变量的跟踪
until X行号：跳至X行
breaktrace(或bt)：查看各级函数调用及参数
info（i) locals：查看当前栈帧局部变量的值
quit：退出gdb