【Linux学习】基础开发工具的使用

前言

Windows 下有例如 Visual Studio、IDEA 这样的集编写代码、编译代码、调试代码、运行代码、代码关系维护以及各种各样的复杂功能于一身的开发工具，叫做集成开发环境 IDE。而Linux 下一般使用代码编辑工具 vi/vim，编译工具 gcc/g++，调试工具 gdb。（vim的使用）

一、Linux编译器 — gcc/g++的使用

1. gcc/g++的安装

root用户：

yum install -y gcc-c++

2. gcc/g++编译

编译指令

格式：gcc/g++ 【选项】【要编译的文件】【选项】【目标文件】

编译过程

1. 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。

2. 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

3. 汇编（生成机器可识别的代码）

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

4. 链接（生成可执行文件或者库文件）

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

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。

函数库一般分为静态库和动态库两种。

• 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：gcc hello.o –o hello

3. gcc/g++编译选项

-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： 文件输出到 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

二、Linux调试器 — GDB的使用

1、什么是GDB

GDB 全称“GNU symbolic debugger”，从名称上不难看出，它诞生于 GNU 计划（同时诞生的还有 GCC、Emacs 等），是 Linux 下常用的程序调试器。发展至今，GDB 已经迭代了诸多个版本，当下的 GDB 支持调试多种编程语言编写的程序，包括 C、C++、Go、Objective-C、OpenCL、Ada 等。实际场景中，GDB 更常用来调试 C 和 C++ 程序。

GDB主要帮助你完成下面四个方面的功能：

• 按照自定义的方式启动运行需要调试的程序。
• 可以使用指定位置和条件表达式的方式来设置断点。
• 程序暂停时的值的监视。
• 动态改变程序的执行环境。

【注意】

• 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

2. GDB常用调试命令

1. 基础命令

命令	简写	功能	备注
list	l	显示binFile源代码	l 后面加上行号或者函数名，每次显示10行代码或者某个函数的源码
break	b	设置断点	b 后面加上行号，表示在该行设置断点
delete	d	删除断点	delete断点编号
disable	disable	禁用断点	disable断点编号
backtrace	bt	查看栈帧	bt N显示开头N个栈帧， bt -N最后N个栈帧
run	r	运行	调试开始
next	n	执行下一行	执行到下一行，不管下一行多复杂
step	s	执行下一行	若下一行为函数，则进入函数内部
info	i	查看信息	查看断点i b、或者查看当前栈帧局部变量的值
finish	finish	执行完当前函数	执行到当前函数返回，然后挺下来等待命令
print	p	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
set	set	改变变量值	set variable <变量> = <表达式>；比如 set var test=3
continue	c	继续	c为继续的次数，可省略，表示继续一次
display + 变量名		显示变量的值	跟踪查看一个变量，每次停下来都显示它的值
undisplay		取消对先前设置的那些变量的跟踪
until	until	执行完成代码块	X行号：跳至X行
quit	q	退出调试	ctrl+ d 也可以退出调试

【注意】
gdb命令拥有较多内部命令。在gdb命令提示符“(gdb)”下输入“help”可以查看所有内部命令及使用说明。
2. 打印变量值

print支持格式化输出，命令格式：p 【格式】 【变量】

支持的格式如下：

格式	说明
x	显示为16进制
d	显示为10进制
u	显示为无符号10进制
o	显示为8进制
t	显示为2进制数，t表示two
a	地址
c	显示为字符
f	浮点小数
s	显示为字符串

用以下代码进行调试演示：

#include

int AddToTop(int top)
{
   int res = 0;
   for(int i = 1; i <= top; ++i)
   {
       res += i;
   }
   return res;
}

int main()
{
   int res = 0;
   int top = 100;
   res = AddToTop(top);

   printf("result = %d\n", res);
   return 0;
}

Linux gcc/g++出来的二进制程序，默认是release模式。用 gcc test.cpp -o test 编译时：

要调试C/C++的程序，首先在编译时，要使用gdb调试程序，在使用gcc编译源代码时必须加上“-g”参数。保留调试信息，否则不能使用GDB进行调试。

gcc test.c -o test_g -g

此时便可以进行调试。

三、Linux项目自动化构建工具 — make/Makefile的使用

1. 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是一条命令，makefile是一个文件，两个搭配使用，完成项目自动化构建。

2. 实例

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

Makefile文件：

hello:hello.o
	gcc hello.o -o hello 
hello.o:hello.s
	gcc -c hello.s -o hello.o
hello.s:hello.i 
	gcc -S hello.i -o hello.s
hello.i:hello.c 
	gcc -E hello.c -o hello.i
.PHONY:clean
clean:
	rm -f hello.i hello.s hello.o hello

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

3. make 的工作原理

• 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，就会自动进行以下过程：

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这个文件新（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文件是存在的啦，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，那么对不起，我就不工作啦。

• 清理工作：

• 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。