【linux】2 Linux编译器-gcc/g++和Linux调试器-gdb

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一、Linux编译器-gcc/g++使用

1.1 背景知识

程序（文本）——>机器语言（二进制）

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)

为什么计算机只认识二进制？
组成计算机的各种组件只认识二进制。

1.2 gcc如何完成

格式 gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]

C文件：gcc 文件->./a.out【g++ 文件->./a.out 】【因为c++兼容C语言】
C++文件：g++文件->./a.out 【如果没有g++编译器，安装gcc-c++即可】

gcc/g++ 文件1 -o 文件2 ——> 此时就不会生成a.out文件而是文件2

预处理(进行宏替换)

• 预处理功能主要包括宏替换,头文件展开,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：从现在开始进行程序的翻译，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

查看.i文件：首先vim hello.c 然后在末行模式输入 vs hello.i 就可以进入.i文件

编译器内部都必须通过一定方式来知道你包含的头文件的所在路径

预处理完之后，C语言代码还是C语言代码

编译（生成汇编语言）

• 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【也可以直接从.c文件开始翻译到.s文件】

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【汇编语言】转成目标文件【可重定向二进制文件.o/.obj】
• “-c”就可看到汇编代码已转化为“.o”的二进制目标文件
• 实例: gcc –c hello.s –o hello.o
  【所有的包含头文件的操作，本质上是想使用头文件所声明的方法！例如：输入输出接口等】

以上操作，仅仅编译了自己写的代码【仅仅这个文件是没有办法进行运行/.hello.o】

我们代码中所需要的printf在哪里？在C标准库中。
我们代码中使用了printf，如何和目标的printf产生联系？【链接的过程】
【ESc】【iso】

链接（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
  【这一步就有了链接的过程，就形成了可执行文件】
  ldd 可执行文件【此时就可以看到所需要的库】

头文件：给我们提供了可以使用的方法，所有的开发环境，具有语法提示，本质上是头文件帮我们搜索的。【类似于我们平常写代码的头文件】
库文件：给我们提供了可以使用的方法的实现，以供链接，形成我们自己的可执行程序。【类似于我们平常写的.c/.cpp文件】

1.3 函数库

在这里涉及到一个重要的概念:函数库

• 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,是在哪里实“printf”函数的呢?
  答案: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

函数库一般分为静态库和动态库两种

• 静态库是指编译链接时【静态链接】,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linux“.a”windows “.lib”
• 动态库与之相反,在编译链接时【动态链接】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linux“.so”windows".dll",**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,如下所示。 gcc hello.o –o hello
• gcc默认生成的二进制程序，是动态链接的，这点可以通过 file 命令验证。file 链接后的可执行文件可以查看可执行文件的构成【默认情况下，形成的可执行文件是动态链接的】
• gcc 文件 -o 可执行文件 【动态链接】 gcc 文件 -o 可执行文件 -static 【静态链接】【静态链接的可执行文件是非常大的，所以我们是用默认的动态链接】
• 静态库编译软件包：yum install glibc-static 【C语言】
  yum install libstdc++ -static【C++】

静态库和动态库优缺点：

• 动态链接库：优点：大家共享一个库，可以节省资源 缺点：如果库缺失，会导致几乎所有程序失效
• 静态链接库：优点：不依赖任何库，程序可以独立执行 缺点：浪费资源

1.4 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。

gcc选项技巧

• ESc,iso

二、linux调试器-gdb使用

2.1 背景

• 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【默认生成的可执行文件，是无法调试的。-g】【debug才能调试】
• 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 【gcc 文件 -o 可执行文件 -g】【调试的可执行文件体积会大一点，因为还有调试信息】

2.2 开始使用

gdb 可执行文件
退出： ctrl + d 或 quit

• 当编译器不支持C99，可以：gcc 文件 -o 可执行文件 -std=C99
• readelf -S 可执行文件 可以看到调试信息
• readelf -S 可执行文件 | grep debug【注意这里生成的是可执行文件是debug的】 可以看到debug的调试信息

调试命令：

• l 显示代码

• （list 或 l） 行号：显示源代码，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。【断点停止，c ,到达下一个断点】

• n 或 next：单条执行。【逐过程】

• s 或step：进入函数调用 【逐语句】

• 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（b） ：查看断点信息。

• finish：执行到当前函数，然后停下来等待命令

• 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【断点到断点】

• 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（d 序号【序号可以用info b 查看】）：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（info b）：参看当前设置了哪些断点

• display 变量名：（常显示）跟踪查看一个变量，每次停下来都显示它的值

• undisplay 序号：（取消常显示）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

• 回车 可以显示上一次gdb执行的结果

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总结

以上就是今天要讲的内容，本文详细地介绍了Linux编译器-gcc/g++的使用、linux调试器-gdb的使用，希望给友友们带来帮助！