Linux开发工具使用

Posted 2021-12-11 aaaaaaaWoLan

文章目录

• Linux编译器-gcc/g++使用
• • 背景知识
  • gcc如何完成
  • 预处理(进行宏替换)
  • 编译（生成汇编）
  • 汇编（生成机器可识别代码）
  • 链接（生成可执行文件或库文件）
  • 函数库
  • 静态函数库与动态函数库
  • gcc选项
• Linux调试器-gdb使用
• • 背景
• 使用
• Linux项目自动化构建工具-make/Makefile
• • 背景
  • 实例代码
  • 依赖关系
  • 依赖方法
  • 原理
  • 项目清理
  • 多文件的make以及makefile

Linux编译器-gcc/g++使用

背景知识

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)

gcc如何完成

格式 gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]

执行生成的可执行文件：./可执行文件名

如果只写gcc [选项] 要编译的文件，默认在当前目录生成可执行文件a.out

但是如果接连对两个文件执行该选项，第一个会被第二个覆盖

例：

gcc test.c

gcc test1.c

结果：

可以看到第一次执行gcc test.c生成了对应的a.out可执行文件，再执行gcc test1.c同样也生成了对应的a.out，并把之前的覆盖了。

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
读者在此可使用选项“-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

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

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?
• 最后的答案是: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

静态函数库与动态函数库

函数库一般分为静态库和动态库两种

动静态链接：

• 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。如果想生成静态链接，要在命令的最后加上-static，例： gcc hello.o –o hello -static

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 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。

Linux调试器-gdb使用

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
• 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 ，生成debug可执行

使用

进入：gdb 文件名

退出： ctrl + d 或 q(quit) 调试命令：

• start #开始调试,停在第一行代码处,(gdb)start

• 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。

  l 加行号n，并不是指从第n行开始显示，而是保证会显示第n行以及它的上下行

• list／l 函数名：列出某个函数的源代码。

• r： #Run的简写，运行被调试的程序。如果此前没有下过断点，则执行完整个程序；如果有断点，则程序暂停在第一个可用断点处。

• n 或 next：单条执行。 类似vs中的f10

• s或step：进入函数调用 类似vs中的f11，如果不用进入函数，则s的作用和n一样

• 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

• b filename:[line/function] #b:在文件filename的某行或某个函数处设置断点

• info break() ：查看断点信息。

• finish：执行到当前函数返回，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 变量名：打印变量值 ->静态显示，只显示一次

• display 变量名：跟踪查看一个变量，每次停下来都显示它的值 ->动态显示

• undisplay：取消对先前设置的那些变量的跟踪，利用编号删除，而不是变量名

• set args #可指定运行时参数。(gdb)set args 10 20

• show args #查看运行时参数。

• set var 修改变量值 set var i =100

• continue(或c)：从当前位置开始连续而非单步执行程序 类似f5的功能

• delete breakpoints：删除所有断点

• delete breakpoints n：删除编号为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

• 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

• q #Quit的简写，退出GDB调试环境。(gdb) q

• 回车 #重复前面的命令，(gdb)回车

• help [cmd] #GDB帮助命令，提供对GDB名种命令的解释说明。如果指定了“命令名称”参数，则显示该命令的详细说明；如果没有指定参数，则分类显示所有GDB命令，供用户进一步浏览和查询。(gdb)help

查看断点信息中，Enb表示断点的打开与关闭，打开就是y，关闭就是n

一旦源程序被修改，一定要进行重新编译，不如debug调试就不准确了。

Linux项目自动化构建工具-make/Makefile

背景

• 会不会写makefile，从一个侧面说明了一个人是否具备完成大型工程的能力
• 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定义了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
• makefile带来的好处就是——“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。
• 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。
• make是执行依赖关系和依赖方法的命令，makefile是维护该机制的文件，makefile保存了项目的依赖结构。两个搭配使用，完成项目自动化构建

实例代码

C代码

hello.c文件：

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("hello\\n");
    return 0;
}

需要在与hello.c相同的目录下创建一个makefile文件(或者Makefile)

简单版的makefile文件：

hello:hello.c #hello依赖 hello.c实现
gcc hello.c -o hello #注意前面要加一个table键

退出makefile的编辑后，输入命令make，即可生成可执行文件hello

完整的makefile文件(不推荐)：

hello:hello.o #hello依赖hello.o实现

​ gcc hello.o -o hello

hello.o:hello.s #hello.o依赖hello.s实现

​ gcc -c hello.s -o hello.o

hello.s:hello.i #hello.s依赖hello.i实现

​ gcc -S hello.i -o hello.s

hello.i:hello.c #hello.i依赖hello.c实现

​ gcc -E hello.c -o hello.i

依赖关系

• 上面的文件 hello ,它依赖 hell.o
• hello.o , 它依赖 hello.s
  hello.s , 它依赖 hello.i
• hello.i , 它依赖 hello.c

依赖方法

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

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。那么

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这个文件早（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文件必须是存在的，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. 这就是整个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，那么还是不会工作的

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。
• 可以将我们的 hello 目标文件声明成伪目标，测试一下

对于上面的hello，需要清理：

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

.PHONY:clean
clean: #没有依赖关系
rm -f hello.i hello.s hello.o hello

之前我们以及有了hello可执行文件，此时在命令行上输入make clean，即可清理hello

.PHONY常跟的是伪目标，即clean是伪目标，伪目标可以多次执行，hello:hello.c 中的hello.c就是真目标，只能执行一次

示例图：

多文件的make以及makefile

上面完成了makefile的基本操作，但实际上makefile是用来实现大工程的，所以实际中可能有多个文件需要链接在一起，接下来我们讲一些关于多文件的操作：

我们实现一个计算器，有cal.h、cal.c、main.c三个文件，为了讲解，我们只实现加法

cal.h

#include<stdio.h>

extern int MyAdd(int x, int y);

cal.c

#include"cal.h"

int MyAdd(int x, int y)
{
  return x + y;
}

main.c

#include"cal.h"

int main()
{
  int x = 0;
  int y = 0;
  while (1)
  {
    scanf("%d%d", &x, &y);
    int add_ret = MyAdd(x, y);
    printf("%d + %d = %d\\n", x, y, add_ret);
  }
  return 0;
}

makefile文件的内容：

main: main.o cal.o
gcc main.o cal.o -o main
main.o:main.c
gcc -c main.c -o main.o
cal.o:cal.c
gcc -c cal.c -o cal.o

.PHONY:clean
clean:
rm cal.o main.o main

为什么没有头文件的依赖关系呢？

因为头文件.h是自动会被链接的

过程:

使用：

清理：

那假设我们有100个.c文件需要生成.o文件，以及将这100个.o文件删除，也要一个一个地输入吗？

有一种便捷的方法：

gcc -c $^ -o $@

clean:

​ rm -f *.o main

$@表示依赖关系中的生成目标文件， $^表示依赖关系中的所有被依赖文件

*.o的意思是所有以 .o为后缀的文件，所以 rm -f *.o main就是删除所有以.o为后缀的文件及文件 main

makefile的内容：

执行过程：

虽然解决了生成.o文件及删除.o文件的问题，但是，既然有100个.c文件，意味着我们也要写100个依赖关系，同样也很耗费时间，所以，依赖关系也可以写成：

main:main.o cal.o # main的依赖关系不能改成下面的形式

​ gcc $^ -o $@

%.o:%.c # %.o表示当前目录下所有的.o文件，%.c表示当前目录下所有的.c文件

​ gcc -c %< # $<表示当前依赖关系中第一个依赖文件,该命令表示将所有的.c文件全部对应生成.o文件

makefile内容：

执行过程：