gcc编译器和gdb调试工具

gcc编译器

GCC(GNU Compiler Collection)是一套由GNU计划开发的自由软件编译器集合,它支持多种编程语言,包括C、C++、Objective-C、Fortran、Ada和Go等。GCC 是一个功能强大、稳定可靠的编译器,被广泛应用于各种操作系统和平台上。

gcc编译器具有以下特点:

  1. 多语言支持:GCC提供了对多种编程语言的支持,包括C、C++、Objective-C、Fortran、Ada、Go等。每个语言都有对应的编译器前端,将源代码翻译为GCC内部的中间表示形式。
  2. 平台支持:GCC可以运行在多种操作系统和平台上,包括Linux、Windows、macOS、FreeBSD等。它可以为不同的架构生成目标代码,例如x86、ARM、PowerPC等。
  3. 优化能力:GCC具有强大的代码优化功能,能够对生成的目标代码进行各种优化,以提高程序的性能和效率。它支持多种优化级别和优化选项,开发人员可以根据需求选择合适的优化设置。
  4. 标准符合性:GCC致力于遵循各个编程语言的标准规范,并不断更新和改进以提高对最新语言标准的支持。它严格遵循C、C++等语言的标准,并提供了一些扩展功能以满足特定需求。
  5. 可移植性:GCC的源代码是开放的,可以在不同的平台上编译和安装。这使得开发人员可以根据需要进行修改和定制,以适应特定环境和要求。GCC的可移植性也促进了各种开源项目和工具链的开发。
  6. 插件架构:GCC提供了一个插件架构,允许开发人员编写和加载各种插件来扩展和增强编译器的功能。这使得用户可以根据需要添加新的分析、优化或转换功能。

gcc的使用格式

gcc [options] [filenames]

gcc的编译过程:

gcc编译器和gdb调试工具_第1张图片

C语言的编译分为四个阶段:预处理、编译、汇编、链接。

  1. 预处理阶段:

预处理器会对源代码进行预处理,将包含在头文件中的内容插入到程序中,根据宏定义展开宏,删除注释等。这一阶段生成的文件称为预处理文件,后缀为“.i”。

  1. 编译阶段:

编译器会将预处理阶段得到的文件进行编译,生成汇编代码。编译的主要任务是将高级语言翻译成汇编语言,如变量、函数、语句等。这一阶段生成的文件称为汇编文件,后缀为“.s”。

  1. 汇编阶段:

汇编器将汇编代码转换成机器码,并生成目标文件。每条汇编指令都被转换为一个或多个机器码指令,也就是二进制表示的指令序列。这一阶段生成的文件称为目标文件,后缀为“.o”。

  1. 链接阶段:

链接器将不同的目标文件整合成一个可执行文件。在这个阶段,链接器还会检查目标文件中引用的函数和变量是否已经定义,如果没有,就会报错。这一阶段生成的文件就是我们可以执行的可执行文件,没有后缀名。

预处理

预处理器会对源代码进行预处理,将包含在头文件中的内容插入到程序中,根据宏定义展开宏,删除注释等。这一阶段生成的文件称为预处理文件,后缀为“.i”。

选项 说明
-E 只对文件进行预处理,不进行编译,生成的结果送标准输出
-o file 将输出写到指定的文件file中
-I dir 指定头文件的路径dir,先在指定路径中搜索要包含的头文件,若找不到,则在标准路径中搜索
-D name 定义一个宏name,并可以指定值
gcc -E lab.c -o lab.i # 将lab.c文件预处理并输出到lab.i文件内

gcc编译器和gdb调试工具_第2张图片

编译

编译器会将预处理阶段得到的文件进行编译,生成汇编代码。编译的主要任务是将高级语言翻译成汇编语言,如变量、函数、语句等。这一阶段生成的文件称为汇编文件,后缀为“.s”。

编译成汇编代码:

  • 源程序 -> 汇编代码
  • 预处理文件 -> 汇编代码
选项 说明
-S 只进行编译,不进行汇编,生成汇编代码文件.s
gcc -S lab.c # 生成lab.s文件
gcc -S lab.i -o lab2.s # 生成lab2.s文件

gcc编译器和gdb调试工具_第3张图片

汇编

编译成目标代码

  • 源程序 -> 目标代码
  • 汇编代码 -> 目标代码
选项 说明
-c 把源文件编译成目标代码( .o ),不进行链接
gcc -c lab.c # 产生lab.o文件

gcc编译器和gdb调试工具_第4张图片

gcc -o out_file file.c # 将文件file.c编译成可执行文件file1;如果未使用该选项,则可执行文件放在a.out中

gcc编译器和gdb调试工具_第5张图片

gcc编译器和gdb调试工具_第6张图片

多文件编译

gcc编译器和gdb调试工具_第7张图片

gcc -o ab a.c b.c

gcc编译器和gdb调试工具_第8张图片

gcc -o ab a.o b.o # 这样更优

当代码和文件很多时,由于每个文件编译都需要时间,且可能每次编译时只是极个别文件发生了改变,此时用第二种方法较优。

gcc的其他选项

选项 说明
-g 在目标代码中加入供调试程序gdb使用的附加信息
-v 显示gcc版本
-Wall 显示警告信息
  • 优化程序选项
选项 说明
-O0 缺省情况,不优化
-O1 一级优化
-O2 进行比O1高一级的优化
-O3 产生更高级别的优化
  • 链接选项
选项 说明
-Ldir 将dir所指出的目录加到“函数库搜索列表”中
-iname 连接时,加载名字为name的函数库(实际的库名是libname)

标准库文件一般存储在/lib/usr/lib目录中

所有的库名都以lib开头

  • 库(Library)
    • 静态库(.a文件)
      • 在程序的链接阶段被复制到了程序中
    • 动态库/共享库(.so文件)
      • 在程序运行时系统动态加载到内存中供程序调用

gdb调试工具

GDB(GNU Debugger)是一款功能强大的开源调试工具,用于调试C、C++、Ada、Objective-C、Fortran等多种编程语言的程序。它可以帮助开发者追踪程序运行时的错误和异常,以及对程序进行调试、分析和优化。

  • 设置断点
  • 监视、修改变量
  • 单步执行
  • 查看堆栈

ubuntu上安装gdb

sudo apt update
sudo apt install gdb

使用gdb调试的前提:在程序编译过程中,使用-g选项生成可执行文件。

gcc -g -o lab lab.c

启动gdb

gdb lab

gdb调试的是可执行文件,不是源文件

gcc编译器和gdb调试工具_第9张图片

文件操作

  • file命令:装入调试程序
  • quit命令:退出gdb
  • shell命令:进入shell环境,执行shell命令

显示源程序

list命令:列出调试程序的源文件。

格式 说明
list 没有参数,显示当前行开始10行
list + 显示当前行之后的10行
list - 显示当前行之前的10行
list n 显示n行附近的10行
list start,end 显示从start到end行的代码
  • show listsize:查看显示的行数
  • set listsize:设置显示的行数

gcc编译器和gdb调试工具_第10张图片

控制程序的执行

break命令:设置断点

info breakpoints:查看断点

gcc编译器和gdb调试工具_第11张图片

delete:删除断点

gcc编译器和gdb调试工具_第12张图片

程序的运行

run:运行程序,执行到断点/程序结束

next:单步执行,不进入函数内部

step:单步执行,进入函数内部

continue:程序从当前位置开始,执行到断点/程序结束

kill:终止正在调试的程序

gcc编译器和gdb调试工具_第13张图片

查看运行时数据

print:显示变量/表达式的值

gcc编译器和gdb调试工具_第14张图片

set:修改变量的值

image-20231018165216982

display:预先设置一些要显示的表达式

info display:显示当前设置的表达式的清单

delete display:取消对设置的表达式的自动显示功能

显示函数调用堆栈信息

格式 说明
backtrace(bt) / where 显示函数调用的层次关系
up [n] 向上移动n层栈帧
down [n] 向下移动n层栈帧

gcc编译器和gdb调试工具_第15张图片

你可能感兴趣的:(Linux,Linux)