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05gcc/g++和gdb使用

2021-10-03 08:43:57 軟體設計

一般生成C/C++可執行程式需要經過以下四個步驟:1.預處理(頭檔案展開、去注釋、宏替換、條件編譯),2.編譯(C代碼翻譯成匯編語言),3.匯編(匯編代碼轉為二進制目標代碼),4.鏈接(將目標檔案和系統庫進行鏈接形成可執行程式),gcc/g++就是用來實作這四個步驟的,gdb則是一個除錯器,用來debug,

Linux默認生成的可執行程式是動態鏈接且以release方式發布的!


文章目錄

  • 編譯器gcc/g++
    • 預處理
    • 編譯
    • 匯編
    • 鏈接
    • 動態庫和靜態庫
  • 除錯器gdb
    • 除錯
    • 顯示
    • 斷點
    • 退出gdb
  • 補充內容


編譯器gcc/g++

gcc用來編譯C語言程式,g++用來編譯C++程式,它倆的選項基本一致,
語法
gcc/g++ [選項] 要編譯的檔案 [選項] [目標檔案]
常用選項

  • -E 只進行預處理,不生成對應的檔案,需要把預處理后的資訊重定向到一個輸出檔案里面(否則將把預處理后的結果列印到螢屏上),
  • -S 編譯到匯編語言,不進行匯編和鏈接,即只進行預處理和編譯,
  • -c 編譯到二進制目標代碼
  • -o 將處理結果輸出到指定檔案,該選項后需緊跟輸出檔案名,
  • -static 此選項對生成的檔案采用靜態鏈接,
  • -g 生成除錯資訊用于debug(若不攜帶該選項則默認生成release版本),
  • -shared 此選項將盡量使用動態庫,生成檔案較小,
  • -w 不生成任何警告資訊,
  • Wall 生成所有警告資訊,
  • -O0/-O1/-O2/-O3 編譯器優化選項的四個級別,-O0表示沒有優化,-O1為預設值,-O3優化級別最高,

預處理

通過-E選項可以將檔案進行預處理,然后通過-o選項將預處理后的資訊輸出到指定的檔案(test.i)中,
預處理階段的作業主要包括頭檔案展開、去注釋、宏替換、條件編譯等,
以test.c檔案為例:
gcc -E test.c -o test.i
在這里插入圖片描述

編譯

編譯階段做的作業,首先檢查代碼的規范性、是否有語法錯誤(比如變數名錯誤等,如果是函式名寫錯,則是在鏈接階段檢測出來)等,如果有錯誤會停止并報錯,在檢查無誤后,將代碼翻譯成匯編語言

與預處理不同的是,即使不加-o選項,也會生成對應的.s檔案,但為了規范還是應該加上,以test.i檔案編譯成test.s為例:
gcc -S test.i -o test.s
在這里插入圖片描述

匯編

匯編階段的作業是將編譯產生的匯編檔案轉化為.o二進制目標檔案,.o檔案就是VS編譯器下的.obj檔案,
gcc -c test.s -o test.o

由于是二進制檔案,所以vim文本編輯器打開以后是亂碼:
在這里插入圖片描述

od 檔案名可以查看二進制檔案:
在這里插入圖片描述

鏈接

鏈接的主要任務就是將生成的各個.o檔案以及庫檔案進行鏈接,生成可執行檔案,
gcc test.o -o test
鏈接后生成的也是二進制檔案:
在這里插入圖片描述
gcc/g++不帶-E、-S、-c選項時,就默認生成預處理、編譯、匯編、鏈接全程序后的檔案,
如果不用-o選項指定生成檔案的檔案名,則默認生成的可執行檔案名為a.out,

所以對于test.c檔案想要直接生成可執行程式test,只需要一條命令就行:
gcc test.c -o test

動態庫和靜態庫

對于一個庫函式,以printf為例,系統把這些函式實作都被做到名為libc.so.6的庫檔案中去了,在沒有特別指定時,gcc 會到系統默認的搜索路徑/usr/lib下進行查找,也就是鏈接到libc.so.6庫函式中去,這樣就能實作函式printf了,而這也就是鏈接的作用
上面這種方式稱為動態鏈接,依賴動態庫

函式庫一般分為靜態庫和動態庫兩種:

  • 靜態庫是指編譯鏈接時,把庫檔案的代碼全部加入到可執行檔案當中,因此生成的檔案比較大,但在運行時也就不再需要庫檔案了,靜態庫一般以.a為后綴,
  • 動態庫與之相反,在編譯鏈接時并沒有把庫檔案的代碼加入到可執行檔案當中,而是在程式運行時由鏈接檔案加載庫,這樣可以節省系統的開銷,動態庫一般以.so為后綴,gcc 在編譯時默認使用動態庫

所以,如果在鏈接的時候出現了鏈接錯誤,應該先確認是否存在對應的庫,

使用file指令進行查看鏈接型別,使用ldd指令查看動態鏈接的可執行檔案所依賴的庫:
在這里插入圖片描述

默認采用的是動態鏈接,但如果我們需要使用靜態鏈接,在后面帶上-static選項即可:
在這里插入圖片描述

靜態鏈接在使用到庫函式時,會將庫函式的代碼拷貝到程式當中,所以程式的體積是比較大的,

不難看出動態鏈接和靜態鏈接的優缺點:
動態鏈接
?優點:程式的體積比較小,比較節省系統資源(磁盤的空間,記憶體的空間),bin體積小,加載速度快,
?缺點:依賴動態庫,程式可移植性較差(一旦庫缺失,所有依賴這個庫的程式都沒法運行了),
靜態鏈接
?優點:不依賴第三方庫,程式的可移植性較高(庫缺失不影響程式的運行),
?缺點:程式的體積非常大,浪費空間,

在使用靜態庫之前可能需要先安裝,命令如下:
sudo yum install glibc-static
sudo yum install libstdc++-static


除錯器gdb

程式的發布方式有兩種,debug模式和release模式:

  1. debug版本:程式本身會被加入除錯資訊,以便于進行除錯,因此大小要比release版大,
  2. release版本:不會添加任何除錯資訊,是不可除錯的,

Linux下gcc/g++后的二進制程式,默認是以release方式發布,如果要使用gdb除錯,必須在源代碼生成二進制程式的時候, 加上 -g選項以debug方式發布,

在這里插入圖片描述

使用gdb進行除錯
gdb?檔案名進入進入除錯(檔案必須是debug版本)

除錯方式和VS2019類似,只不過從圖形化界面變成了命令列界面,在gdb中很多命令是可以簡寫的:

除錯

  • run/r:運行代碼(啟動除錯),
  • next/n:逐程序除錯(不進入函式),
  • step/s:逐陳述句除錯(進入函式),
  • until?行號:跳轉至指定行,
  • finish:執行完當前正在呼叫的函式后停下來(不能是主函式),
  • continue/c:運行到下一個斷點處,
  • set?var?變數=x:修改變數的值為x,
  • 回車:重復上一條指令,

顯示

  • list/l?n:顯示從第n行開始的源代碼,每次顯示10行,若n未給出則默認從上次的位置往下顯示.,
  • list/l?函式名:顯示該函式的源代碼,
  • print/p?變數:列印變數的值,
  • print/p?&變數:列印變數的地址,
  • print/p?運算式:列印運算式的值,通過運算式可以修改變數的值,
  • display?變數:將變數加入常顯示(每次停下來都顯示它的值),
  • display?&變數:將變數的地址加入常顯示,
  • undisplay?編號:取消指定編號變數的常顯示,
  • bt:查看各級函式呼叫及引數,
  • info/i?locals:查看當前堆疊幀當中區域變數的值,

斷點

  • break/b?n:在第n行設定斷點,
  • break/b?函式名:在某函式體內第一行設定斷點,
  • info?breakpoint/b:查看已打斷點資訊,
  • delete/d?編號:洗掉指定編號的斷點,
  • disable?編號:禁用指定編號的斷點,
  • enable?編號:啟用指定編號的斷點,

退出gdb

  • quit/q:退出gdb,

補充內容

gcc 默認使用的是 C89 的標準,一些語法是C99才支持的,比如for(int i=0;i<n;i++)中再for回圈中定義變數i,因此用C98標準在編譯的時候會報錯,此時只需要加上-std=c99即可使用C99的標準進行編譯:
gcc test.c -o test -std=c99

Ctrl+r可以聯想歷史輸入過的指令,

readelf -S 檔案名 | grep debug可以查看程式的除錯資訊:
在這里插入圖片描述

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