GCC编译器和GDB调试器

GNU、GCC、GDB

• GNU:
  GNU的全称是“Gnu's Not Unix”.
  GNU计划，又称革奴计划，是由Richard Stallman在1983年9月27日公开发起的。它的目标是创建一套完全自由的操作系统。Richard Stallman最早是在net.unix-wizards新闻组上公布该消息，并附带一份《GNU宣言》等解释为何发起该计划的文章，其中一个理由就是要“重现当年软件界合作互助的团结精神”。

• GCC:
  全称为GNU Compiler Collection.
  GCC是GNU公社的一个项目。是一个用于编程开发的自由编译器。最初，GCC只是一个C语言编译器，他是GNU C Compiler 的英文缩写。随着众多自由开发者的加入和GCC自身的发展，如今的GCC以经是一个包含众多语言的编译器了。其中包括 C,C++,Ada,Object C和Java等。所以，GCC也由原来的GNU C Compiler变为GNU Compiler Collection

• GDB:
  GDB 的全称是GNU Debuger.
  是linux 底下的一种免费的debug 程式.随然介面不像SoftIce 那么好,但是功能也绝对强大.

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后缀含义

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

• 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）
  2. 编译 （Compiling）
  3. 汇编（Assembling）
  4. 链接（Linking）

• 查看GCC的版本 ：gcc -v
  

  image.png

• 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

  • 预处理阶段（增加的这部分内容比如包含的头文件之类的预处理内容）
    $ gcc -E hello.c -o hello.i
  • 编译阶段（处理完成的文件类型认识text）
    $ gcc -S hello.i -o hello.s
  • 汇编阶段（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）
    $ gcc -c hello.s -o hello.o
  • 链接阶段（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）
    $ gcc hello.o -o hello

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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

• 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，向gcc的库文件搜索路径中添加新的目录.

• -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。

• -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：

• 方法一：分步处理

  • 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

• 方法二：同时处理

  • 直接使用源代码来编译
    gcc c1.c c2.c -o m2

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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
• 如何编译一个静态库

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:

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

• 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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• Reference:
  1. 故事狗
  2. https://www.rapidtables.com/code/linux/gcc.html