Linux系统C/C++编程基础

最近在复习Linux系统的一些知识，Linux系统下C/C++编程最基本的就是这三部分：GCC，GDB和Makefile。这个笔记做的很简略，只是为了帮助自己回忆最基本的知识点，想要深入了解还需要看更多的文档。

GCC

GCC是Linux最常用的编译器，基本语法格式为：$ gcc [options][filenames]

options参数有很多种，现列一些常用的参数如下：

-c，只编译，不链接成为可执行文件，编译器只是由输入的.c等源代码文件生成.o为后缀的目标文件，通常用于编译不包含主程序的子程序文件。 
-o output_filename，确定输出文件的名称为output_filename，同时这个名称不能和源文件同名。如果不给出这个选项，gcc就给出预设的可执行文件a.out。 
-g，产生符号调试工具(gdb)所必要的符号资讯，要想对源代码进行调试，我们就必须加入这个选项。 
-O，对程序进行优化编译、链接，采用这个选项，整个源代码会在编译、链接过程中进行优化处理，这样产生的可执行文件的执行效率可以提高，但是编译、链接的速度就相应地要慢一些。 
-O2，比-O更好的优化编译、链接，当然整个编译、链接过程会更慢。 
-Wall，开启编译器几乎所有常用的警告，有助于检测程序存在的问题

下面用一些例子来说明如何简单使用gcc命令

home目录下有一个hello.c 源文件，其内容如下：

#include 
int main()
{
    printf("hello,world\n");
    return 0;
}
   
   
   
   

    
    
    
    
1
    
    
    
    
2
    
    
    
    
3
    
    
    
    
4
    
    
    
    
5
    
    
    
    
6
   
   
   
   

case1

$ gcc -c hello.c # 对hello.c只编译不链接
   
   
   
   

    
    
    
    
1
   
   
   
   

生成一个hello.o 文件，其扩展名为.obj，是目标文件，无法执行。想要执行，必须再将其转换为可执行文件

$ gcc hello.o -o abc # 如果不加abc，则默认生成a.out可执行文件
   
   
   
   

    
    
    
    
1
   
   
   
   

执行命令后，生成一个abc 文件，无扩展名，linux下的可执行文件，这时，再用./abc 即可执行，打印输出。当然，也可以将多个.o 文件一起链接，生成一个可执行文件。

case2

$ gcc hello.c -o abc
   
   
   
   

    
    
    
    
1
   
   
   
   

直接生成了abc 可执行文件，说明同时完成了编译链接的工作。

$ gcc hello.c -O0
$ gcc hello.c -O1
$ gcc hello.c -O2 # 使用优化编译和链接，速度慢
   
   
   
   

    
    
    
    
1
    
    
    
    
2
    
    
    
    
3
   
   
   
   

这个貌似无法添加输出的name参数，只能这样，默认输出a.out 文件，./a.out 一样能执行

case3

链接多个程序，假设/home 目录下有三个文件：hello.c， hello_fn.c和头文件hello.h，其内容分别如下：

// hello.h
void hello (const char * name);

// hello_fun.c
#include  
#include "hello.h" 
void hello (const char * name) 
{ 
    printf ("Hello, %s!\n", name);
}

// hello.c
#include "hello.h" 
int main() 
{ 
    hello("world"); // hello函数在hello.h声明，在hello_fun.c中定义
    return 0;
}
   
   
   
   

    
    
    
    
1
    
    
    
    
2
    
    
    
    
3
    
    
    
    
4
    
    
    
    
5
    
    
    
    
6
    
    
    
    
7
    
    
    
    
8
    
    
    
    
9
    
    
    
    
10
    
    
    
    
11
    
    
    
    
12
    
    
    
    
13
    
    
    
    
14
    
    
    
    
15
    
    
    
    
16
    
    
    
    
17
    
    
    
    
18
   
   
   
   

下面编译源文件，使用如下命令：

$ gcc -Wall hello.c hello_fn.c -o newhello
   
   
   
   

    
    
    
    
1
   
   
   
   

注意到头文件hello.h并未在命令行中指定，源文件中的的 #include "hello.h" 指示符使得编译器自动将其包含到合适的位置。执行后生成newhello 可执行文件。

gcc和g++

gcc既可以编译C程序，也可以编译C++程序（通过扩展名自动确认），但是gcc无法自动链接C++库函数，比如STL。因此，编译C++程序的任务还是交给g++比较好。

• 编译阶段是相同的，链接阶段g++默认链接c++库，gcc没有。
• 一般情况下用gcc编译c文件，用g++编译cpp文件。
• 也可以用gcc编译cpp文件，但后面需要加一个选项-l stdc++，作用是链接C++库。
• gcc train.cpp -o exe -l stdc++ 和g++ train.cpp -o exe 算是等效的。

GDB

GDB是Linux下常用的调试工具，其主要功能有如下4点：

• 启动你的程序，可以按照你的自定义的要求随心所欲的运行程序。
• 可让被调试的程序在你所指定的调置的断点处停住。（断点可以是条件表达式）
• 当程序被停住时，可以检查此时你的程序中所发生的事。
• 你可以改变你的程序，将一个BUG产生的影响修正从而测试其他BUG。

基本用法

GDB主要调试的是C/C++程序。要调试C/C++的程序，首先在编译时，必须要把调试信息加到可执行文件中。使用编译器(cc/gcc/g++)的 -g 参数即可，如下所示：

$ gcc -g hello.c -o hello
$ g++ -g hello.cpp -o hello
   
   
   
   

    
    
    
    
1
    
    
    
    
2
   
   
   
   

编译成功后，可以使用gdb hello 启动GDB调试程序，然后使用一些命令调试程序:

• l 列出程序内容
• break 16在16行设置断点
• break func在func函数入口设置断点
• info break可以查看断点信息
• r执行程序，
• n是单步运行
• c继续运行程序
• p sum打印变量sum的值
• bt可以查看函数堆栈
• finish可以退出函数
• until num 跳到指定行num，结束循环
• q退出gdb

更多GDB调试技巧参考100个gdb小技巧

Makefile

Makefile文件中描述了整个工程所有文件的编译顺序、编译规则（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），可以使用make命令来解析这些规则。

C/C++源程序变为可执行程序需要两步，首先是编译（compile），将源文件转化为obj文件或o文件，第二步是链接（link） ，将大量的obj文件合成为可执行文件。

编译时，编译器需要的是语法的正确，函数与变量的声明的正确。对于后者，通常是你需要告诉编译器头文件的所在位置（头文件中应该只是声明，而定义应该放在C/C++文件中），只要所有的语法正确，编译器就可以编译出中间目标文件。

链接时，主要是链接函数和全局变量，所以，我们可以使用这些中间目标文件（o文件或是obj文件）来链接我们的应用程序。

基本规则

目标 : 需要的条件 （注意冒号两边有空格）
　　　　命令　  　（注意前面用tab键开头）
   
   
   
   

    
    
    
    
1
    
    
    
    
2
   
   
   
   

• 目标是想要生成的文件，可以是obj文件，也可以是可执行文件等等；
• 需要的条件是目标所需的源文件或者obj；
• 命令是生成目标执行的gcc/g++命令或其他命令；

总结就是：目标文件依赖于条件，生成则使用相应的命令。如果需要的条件的文件比目标更新的话，就会执行生成命令来更新目标。

case1

如果一个工程有3个头文件，和8个C文件，最朴素的Makefile应该是下面的这个样子的。

output : main.o kbd.o command.o display.o /
           insert.o search.o files.o utils.o
            gcc -o edit main.o kbd.o command.o display.o /
                       insert.o search.o files.o utils.o

    main.o : main.c defs.h
            gcc -c main.c
    kbd.o : kbd.c defs.h command.h
            gcc -c kbd.c
    command.o : command.c defs.h command.h
            gcc -c command.c
    display.o : display.c defs.h buffer.h
            gcc -c display.c
    insert.o : insert.c defs.h buffer.h
            gcc -c insert.c
    search.o : search.c defs.h buffer.h
            gcc -c search.c
    files.o : files.c defs.h buffer.h command.h
            gcc -c files.c
    utils.o : utils.c defs.h
            gcc -c utils.c
    clean :
            rm output main.o kbd.o command.o display.o /
               insert.o search.o files.o utils.o
   
   
   
   

    
    
    
    
1
    
    
    
    
2
    
    
    
    
3
    
    
    
    
4
    
    
    
    
5
    
    
    
    
6
    
    
    
    
7
    
    
    
    
8
    
    
    
    
9
    
    
    
    
10
    
    
    
    
11
    
    
    
    
12
    
    
    
    
13
    
    
    
    
14
    
    
    
    
15
    
    
    
    
16
    
    
    
    
17
    
    
    
    
18
    
    
    
    
19
    
    
    
    
20
    
    
    
    
21
    
    
    
    
22
    
    
    
    
23
    
    
    
    
24
   
   
   
   

很明显，output是最终想得到的可执行文件（Linux系统下可执行文件一般不给扩展名），那具体的工作流程是：

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“edit”这个文件，并把这个文件作为最终的目标文件。
3. 如果edit文件不存在，或是edit所依赖的后面的o文件的文件修改时间要比edit这个文件新，那么就会执行后面所定义的命令来生成edit这个文件。
4. 如果edit所依赖的o文件也不存在，那么make会在当前文件中找目标为o文件的依赖性，如果找到则再根据那一个规则生成o文件。（这有点像一个堆栈的过程）
5. 当然c文件和h文件是存在的，于是make会生成o文件，然后再用o文件生成make的终极任务，也就是执行文件edit了。

case2

上述例程中，重复率比较高，可以试着使用变量，节省代码量。

objects = main.o kbd.o command.o display.o /
              insert.o search.o files.o utils.o

    output : $(objects)
            gcc -o edit $(objects)
    main.o : main.c defs.h
            gcc -c main.c
    kbd.o : kbd.c defs.h command.h
            gcc -c kbd.c
    command.o : command.c defs.h command.h
            gcc -c command.c
    display.o : display.c defs.h buffer.h
            gcc -c display.c
    insert.o : insert.c defs.h buffer.h
            gcc -c insert.c
    search.o : search.c defs.h buffer.h
            gcc -c search.c
    files.o : files.c defs.h buffer.h command.h
            gcc -c files.c
    utils.o : utils.c defs.h
            gcc -c utils.c
    clean :
            rm output $(objects)
   
   
   
   

    
    
    
    
1
    
    
    
    
2
    
    
    
    
3
    
    
    
    
4
    
    
    
    
5
    
    
    
    
6
    
    
    
    
7
    
    
    
    
8
    
    
    
    
9
    
    
    
    
10
    
    
    
    
11
    
    
    
    
12
    
    
    
    
13
    
    
    
    
14
    
    
    
    
15
    
    
    
    
16
    
    
    
    
17
    
    
    
    
18
    
    
    
    
19
    
    
    
    
20
    
    
    
    
21
    
    
    
    
22
    
    
    
    
23
   
   
   
   

此例中，使用object变量代指一系列的o文件，此时修改其中的o文件，只用改定义的那一处，output行不用改。

case3

make命令可以自动推导，比如

utils.o : utils.c defs.h
            gcc -c utils.c
   
   
   
   

    
    
    
    
1
    
    
    
    
2
   
   
   
   

完全可以写成utils.o : defs.h ，因为make只要看到utils.o，就知道是utils.c生成的，而且还知道使用了gcc -c utils.c 命令，但是无法推导utils.c用了哪些头文件，所以要把用到的头文件写出来。于是，更为精简的Makefile如下：

objects = main.o kbd.o command.o display.o /
              insert.o search.o files.o utils.o
gcc = cc # linux下cc和gcc是同一个东西
    output : $(objects)
            cc -o edit $(objects)

    main.o : defs.h
    kbd.o : defs.h command.h
    command.o : defs.h command.h
    display.o : defs.h buffer.h
    insert.o : defs.h buffer.h
    search.o : defs.h buffer.h
    files.o : defs.h buffer.h command.h
    utils.o : defs.h

　　clean :
            rm output $(objects)
   
   
   
   

    
    
    
    
1
    
    
    
    
2
    
    
    
    
3
    
    
    
    
4
    
    
    
    
5
    
    
    
    
6
    
    
    
    
7
    
    
    
    
8
    
    
    
    
9
    
    
    
    
10
    
    
    
    
11
    
    
    
    
12
    
    
    
    
13
    
    
    
    
14
    
    
    
    
15
    
    
    
    
16
    
    
    
    
17
   
   
   
   

上述功能只能适用于简单的程序，且所有文件都放在在同一目录下。更多Makefile知识可参考：跟我一起写Makefile