Linux——编译器gcc/g++、调试器gdb以及自动化构建工具makefile&&make详解

编译器—gcc/g++、调试器—gdb以及自动化构建工具—makefile&&make

本章思维导图：

注：本章思维导图对应的 .xmind和 .png文件都已同步导入至 资源

1. 编译器——gcc/g++

安装命令：

• gcc：sudo yum install -y gcc
• g++：sudo yum install -y gcc-c++

• gcc只能编译C语言代码，g++既可以编译C语言代码也可以编译C++代码
• 推荐用gcc编译C语言代码

注：gcc和g++的选项一致，下面的讲解都以gcc为例

1.1 生成可执行文件与修改默认可执行文件

我们可以直接用gcc编译器将一个.c文件直接编译成可执行文件

命令：

gcc filename

在这种情况下，会默认生成一个a.out可执行文件

如果我们想要指定生成的可执行文件的名字，可以加入-o选项

gcc -o newName filename

当然，如果想要对gcc编译器做更多的了解，上面的操作显然是不够的，我们需要结合程序的翻译过程来进行学习。

1.2 程序的翻译过程以及对应的gcc选项

众所周知，程序的翻译分为了四个步骤：预处理、编译、汇编、链接。要学会只用Linux的编译器：gcc/g++，固然也需要理解这四个步骤

关于这四个步骤，博主已经在程序的翻译环境和运行环境做了较为详细的阐述，故下面只对这四个步骤做简单的讲解：

1.2.1 预处理 gcc -E

在这一过程，编译器会进行头文件展开、宏替换、条件编译等过程

对应的gcc命令为：

gcc -E -o file.i file

• -E：即为预处理的gcc选项。表示预处理完后就停止
• 预处理完后生成的文件后缀一般为.i

演示：

可以看到，所谓的头文件展开实际上就是将头文件的内容拷贝至源文件中，预处理后得到的文件仍是C语言

1.2.2 编译 gcc -S

在这一过程，会对与处理过后的文件进行语法分析和词义分析，如果没有错误，就会生成以一个由汇编代码所写的文件

对应的gcc命令为：

gcc -S -o file.s file

• -S：即为编译的gcc选项。表示编译完后就停止
  
• 编译生成的文件的后缀名一般为.s
  

演示：

1.2.3 汇编 gcc -c

在这一过程中，会将汇编代码转换为二进制代码，形成一个二进制文件

对应的gcc命令为：

gcc -c -o file.o file

• -c：即为汇编的gcc选项。表示汇编完后就停止
• 汇编生成的二进制文件我们称其为目标文件.obj，文件后缀可以为.o

演示：

1.2.4 链接 gcc

会对目标文件进行动静态库链接，形成最终的可执行程序.exe

对应的gcc命令为：

gcc -o newName filename

• 可以看到，用这条命令就可以直接生成一个可执行程序

演示：

以前写代码时大家可能会有一个疑惑：我明明没有声明和定义printf()、scanf()等库函数，为什么我可以正常使用呢？

而之所以我们可以使用这些库函数，正是因为编译器有链接这一过程，这一过程将目标文件和库文件进行链接，从而让我们可以使用库中声明和定义好的函数

我们可以用命令：ldd file，查看一个文件依赖的库文件

函数库分为动态库和静态库两种：

动态库：

• 动态库不包含在可执行程序中，而是在程序运行时由操作系统或者程序自行加载
• 多个程序可以共享一个动态库，因此如果采用动态链接可以**减少程序所占用的
• 使用动态链接的程序对库的依赖性较强，因此一旦库丢失，会使依赖这个库的程序都无法运行
• gcc/g++编译默认进行的是动态链接

静态库：

一般来说，需要自己对C语言和C++的静态库进行安装，执行下面两个命令即可：

sudo yum install -y glibc -static

sudo yum install -y libstdc++ -static

• 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的库
• 静态库包含在可执行程序中，因此使用静态链接的程序对库的依赖性较弱，同类型平台都可以使用
• 由于可执行程序包含了库文件的拷贝，因此使用静态链接的程序会占用较多的资源空间（内存、磁盘）
• 如果要使gcc/g++进行静态链接，就要加入-static选项

2. 调试器——gdb

安装命令：

sudo yum install -y gdb

为了能够更好的理解，我们先来谈谈程序发布的两个版本——debug版本和release版本

2.1 debug版本和release版本

首先我们要清楚：

• Linux上的gcc和g++编译出来的可执行程序默认都是release版本的
• release版本是不支持调试的，只有在debug版本下才能调试

为了在Linux上能够生成debug版本的可执行程序，我们需要在编译时加上选项-g

gcc -o newFile file -g

下面，我们再来谈谈为什么一个程序要有debug和release两个版：

• 在程序的开发阶段，程序难免会出现各种问题，而为了能够方便程序员对这些错误进行排查，就必须要支持调试这一功能，因此程序员开发中的程序一般都是debug版本，里面包含了各种调试信息，方便进行错误排查
• 当程序员认为开发中的程序已经基本完成，就会将其交给测试组的人员进行测试。而这个程序最终肯定是要交给大众去使用的，使用这个程序的普通人显然不需要debug版本的调试信息，他们只需要更小的体积和更快的下载速度，因此这就要求程序需要一个**release发行版本，这个版本就是给测试组的人员进行测试和给用户进行使用的版本**

2.2 gdb常用功能及其选项

进入调试模式的命令为：

gdb file

• file必须是一个debug版本的可执行程序

2.2.1 查看代码

命令：

l n

• 查看第n行附近的10行代码
• 按Enter可以继续查看

2.2.2 开始/退出调试

命令：

• r：如果没有打断点，那么会正常运行代码；否则会运行到第一个断点处
• quit：推出调试

2.2.3 断点设置

添加断点：

• b n：在第n行添加断点
• b 函数名：在指定函数的入口处添加断点
• b file:n：在指定文件的第n行添加断点。注意：这个file不是可执行程序，而是被编译的.c/.cpp文件

查看断点：

info b

例如：

• 第一列的数字Num表示断点的编号
• 第四列的字符Enb表示断点的使能状态，y表示该断点处于开启状态，可被使用；n表示处于关闭状态，不可被使用

删除断点：

d n：表示删除**编号为n**的断点。

• 特别注意，删除断点是按编号删除，而不是按行号

使能断点：

• disable n：关闭编号为n的断点
• enbale n：开启编号为n的断点

2.2.4 逐语句/逐过程

逐语句：

• 在C语言/C++中，被一个分号;分割的语句都被称为一条语句。逐语句调试就是一个个分号地，不做任何跳过的调试。
  
• 因此逐语句调试可以进入函数体内调试。
  

命令：

s

逐过程：

• 一个函数成为一个过程
• 因此逐过程调试不能进入函数体内进行调试

命令：

n

2.2.5 断点跳跃

如果打了多个断点，那我们可以通过命令直接运行到下一个断点处：

c

2.2.6 查看变量

p name：查看指定变量的内容

如果想要使变量一直显示，可以用命令：

display name

例如：

• 变量前的数字即为该变量的编号

如果想删除常显示的变量，可以使用命令：

undisplay n：即删除编号为n的变量常显示

2.2.7 查看函数调用堆栈

命令：

bt

3. 自动划构建工具——makekfile&&make

Makefile和make是与Linux系统中软件编译和构建相关的工具。它们通常用于自动化构建过程，确保在源代码发生变化时只重新编译必要的部分，从而提高开发效率。

3.1 makefile

• 也可以写为Makefile
• makefile是一个文本文件
• 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

我们来通过一个具体的例子来学习一个makefile文件要包括哪些内容：

mybin:code.c

• 这叫一组依赖关系。mybin目标文件，code.c为依赖文件列表。
• 表示mybin这个目标文件依赖于code.c这个文件列表而构建

gcc -o mybin code.c

• 注意：前面必须有Tab缩进，这是语法要求
• 这一行叫做依赖方法。
• 表示目标文件是通过gcc编译来完成对code.c这一依赖文件列表的依赖的

.PHONY:clean

• 将clean设置成一个伪目标
• 伪目标在任何时候都会执行，不会受时间戳限制

clean:

• clean也是一个目标文件，但是没有对应的依赖文件列标
• 其被修饰为了一个伪目标，表示一个命令操作——清除

rm -f mybin

• 这就是clean的依赖方法，即clean对应的操作

makefile文件的其他写法：

• 在一组依赖关系和依赖方法中，目标文件可以被$@替换，依赖关系列表可以被$^替换，例如：
  
  
• makefile文件也允许我们定义变量和选项，例如：
  
  

3.2 make

make是一个命令

3.2.1 工作原理

如果我们只输入一个make命令：

• 会找到makefile中的第一个目标文件，然后根据依赖文件列表和依赖方法构建出目标文件
  
• 如果依赖文件列表有文件不存在，那么会继续向下找这个不存在文件的依赖关系和依赖方法，知道构建出这个文件
  
• 如果最终这个文件不能被构建，那么此次make命令就会报错
  
• 例如：
  
  

make后面也可以跟一个目标文件来执行指定的操作。例如：make clean

特别注意：

如果一个目标文件没有被.PYTHON修饰为伪目标，那么它的make构建就会收到时间戳的影响

• 即，如果该文件的修改时间没有改变，那么就不会进行make构建
  
• 例如，重复构建目标文件mybin，会报错：
  
  

而提到修改时间，我们就有必要了解一个文件的acm时间

3.2.2 文件的acm时间

我们可以用命令查看一个文件的acm时间：

stat filename

• Access：访问时间。即最后一次读写文件的时间
• Modify：修改时间。即最后一次修改文件内容的时间。这个时间就是影响make构建的时间
• Change：改变时间。文件 = 内容 + 属性，即最后一次改变文件内容或属性的时间。

我们也可以用命令来刷新一个文件的acm时间：

touch filename

本章完。

下一章，我们将进入Linux系统编程部分，各位如果感兴趣不妨点个关注。