第6章 常用开发工具

主要内容 gcc编译系统的概念和使用 gdb程序调试工具的概念和使用 程序维护工具make 的概念和使用

6.1 gcc编译系统 6.1.1 文件名后缀 文件名后缀 文 件 类 型 .c C源文件 .F .fpp .FPP FORTRAN源文件 .i 预处理后的C源文件 .s 汇编程序文件 .ii 预处理后的C++源文件 .S 必须预处理的汇编程序文件 .m Objective-C源文件 .o 目标文件 .mi 预处理后的Objective-C源文件 .a 静态链接库 .h 头文件 .so 动态链接库 .C .cc .cp .cpp .c++ .cxx C++源文件

6.1.2 C语言编译过程 1．预处理阶段 预处理是常规编译 之前预先进行的工作， 故此得名。它读取C语言 源文件，对其中以“#” 开头的指令（伪指令） 和特殊符号进行处理。 主要包括文件包含、宏 定义和条件编译指令。

2．编译阶段 编译程序（Compiler）对预处理之后的输出文件进行词法分析和语法分析，试图找出所有不符合语法规则的部分 3．汇编过程 汇编过程是汇编程序（Assembler）把汇编语言代码翻译成目标机器代码的过程 4．连接阶段 连接程序（Linker）要解决外部符号访问地址问题 连接模式分为静态连接和动态连接

6.1.3 gcc命令行选项 1．预处理选项 ●几个预处理常用选项： 在Linux系统中，C/C++程序编译命令是gcc，例如： $ gcc f1.c f2.c （针对C语言源程序） 执行完成后，生成默认的可执行文件a.out。 1．预处理选项 C语言预处理程序通常称为cpp，它是宏处理程序，由C编译程序自动调用，在真正的编译过程之前对程序进行转换。 ●几个预处理常用选项： -C -D name -D name=definition -U name -I dir -o file -E

2．编译程序选项 gcc编译程序常用选项及其作用 选项格式 功 能 -c 只生成目标文件，不进行连接。用于对源文件的分别编译 -S 功 能 -c 只生成目标文件，不进行连接。用于对源文件的分别编译 -S 只进行编译，不做汇编，生成汇编代码文件格式，其名与源文件相同，但扩展名为.s -o file 将输出放在文件file中。如果未使用该选项，则可执行文件放在a.out中 -g 指示编译程序在目标代码中加入供调试程序gdb使用的附加信息 -v 在标准出错输出上显示编译阶段所执行的命令，即编译驱动程序及预处理程序的版本号

3．优化程序选项 优化程序常用的选项及其作用 选 项 格 式 功 能 -O -O1 功 能 -O -O1 试图减少代码大小和执行时间，但并不执行需要花费大量编译时间的任何优化 -O2 在-O1级别的优化之上，还进行一些额外调整工作——除不做循环展开、函数内联和寄存器重新命名外，几乎进行所有可选优化 -O3 除了完成所有-O2级别的优化之外，还进行包括循环展开和其他一些与处理器特性相关的优化工作 -O0 不执行优化 -Os 具有-O2级别的优化，同时并不特别增加代码大小

4．连接程序选项 连接程序常用的选项及其功能 选 项 格 式 功 能 object-file-name -c -S -E -llibrary 功 能 object-file-name 不以专用后缀结尾的文件名就认为是目标文件名或库名。连接程序可以根据文件内容来区分目标文件和库 -c -S -E 如果使用其中任何一个选项，那么都不运行连接程序，而且目标文件名不应该用做参数 -llibrary 连接时搜索由library命名的库。连接程序按照在命令行上给定的顺序搜索和处理库及目标文件。实际的库名是liblibrary，但按默认规则，开头的lib和后缀（.a或.so）可以被省略 -static 在支持动态连接的系统中，它强制使用静态链接库，而阻止连接动态库；而在其他系统中不起作用 -Ldir 把指定的目录dir加到连接程序搜索库文件的路径表中，即在搜索-l后面列举的库文件时，首先到dir下搜索，找不到再到标准位置下搜索 -Bprefix 该选项规定在什么地方查找可执行文件、库文件、包含文件和编译程序本身数据文件 -o file 指定连接程序最后生成的可执行文件名称为file，不是默认的a.out

Linux下库文件的命名有一个约定，所有的库名都以lib开头。形如： libx.a 其中，x是指定的库名 以.a（归档，archive）结尾的库是静态库，以.so（共享目标，shared object）结尾的库是动态库 生成静态库的方法实际上可分为两步： ① 将各函数的源文件编译成目标文件 ② 使用ar工具将目标文件收集起来，放到一个归档文件中

6.2 gdb程序调试工具 程序中的错误可按性质分为三种： （1）编译错误，即语法错误。 （2）运行错误。 （3）逻辑错误。 查找程序中的错误，诊断其准确位置，并予以改正，这就是程序调试。 程序调试分为人工查错与机器调试。

6.2.1 启动gdb和查看内部命令 当程序执行过程中忽然中止，屏幕上显示××××-core dumped消息，然后显示提示符，其中，××××表示出错原因 为了发挥gdb的全部功能，需要在编译源程序时使用-g选项 。如： $ gcc -g prog.c -o prog （针对C语言源程序prog.c） $ gcc -g program.cpp -o program （针对C++源程序program.cpp） 启动gdb的方法有以下几种： （1）直接使用shell命令gdb （2）以一个可执行程序作为gdb的参数 （3）同时以可执行程序和core文件作为gdb的参数 （4）指定一个进程号PID作为gdb的第二个参数 一旦启动gdb，就显示gdb提示符： （gdb） 并等待用户输入相应的内部命令

启动gdb

breakpoints类中的命令

6.2.2 显示源程序和数据 1．显示和搜索源程序 （1）显示源文件 利用list命令可以显示源文件中指定的函数或代码行 6.2.2 显示源程序和数据 1．显示和搜索源程序 （1）显示源文件 利用list命令可以显示源文件中指定的函数或代码行 list list - list [file:] num list start , end list [file:]function （2）模式搜索 forward-search regexp search regexp reverse-search regexp

2．查看运行时数据 （1）print命令 一般使用格式是 ：print [/fmt] exp 当被调试的程序停止时，可以用print命令（简写为p）或同义命令inspect来查看当前程序中运行的数据。 （2）gdb所支持的运算符 ① 用&运算符取出变量在内存中的地址。 如print &i ， print &array[i] ② { type }adrexp 表示一个数据类型为type、存放地址为adrexp的数据。 ③ @ 它是一个与数组有关的双目运算符 ④ file :: var 或者 function :: var 表示文件file（或函数function）中变量var的值。

（3）输出格式 在print /fmt exp命令中，“/”之后的fmt是表示输出格式的字母，它由表示格式的字母和表示数据长度的字母组成 。如： 表示格式的字母：o x d u t f a i c s 表示长度的字母: b w h g （4）whatis命令显示出变量的数据类型 （5）x命令可以查看内存地址中数据的值 。其使用格式是： x [/fmt] address （6）display命令可以预先设置一些要显示的表达式。其一般格式是： display [/fmt] exp 要取消对先前设置的某些表达式的自动显示功能，可以使用以下命令： undisplay [disnum] delete display [disnum]

（7）显示函数调用栈信息 显示函数调用栈信息的命令 格 式 功 能 backtrace [n | -n] bt [n | -n] 格 式 功 能 backtrace [n | -n] bt [n | -n] where [n | -n] 打印当前的函数调用栈的所有信息。如果有参数n（正整数），则只打印栈顶上n层帧的信息；如果是- n的形式，则只打印栈底n层帧的信息 frame [n] f [n] 其中，n是栈中帧的编号，从0（表示栈顶）开始递增。如果不带参数，则显示出当前栈帧的信息；如果给出参数n，则选定帧号为n的帧作为当前帧 up [n] 表示向上移动n层栈帧。如果没有参数，则表示向上移动一层 down [n] 表示向下移动n层栈帧。如果没有参数，则表示向下移动一层 info frame info f 显示出当前栈帧的所有信息，如函数地址，调用函数的地址，被调用函数的地址，目前函数的程序语言、函数参数地址及值、局部变量的地址等。

6.2.3 改变和显示目录或路径 （1）directory命令一般格式是： directory [dir] 或者 dir [dir] 6.2.3 改变和显示目录或路径 （1）directory命令一般格式是： directory [dir] 或者 dir [dir] （2）cd命令使用格式为： cd dir （3）path命令使用格式是： path dirs （4）pwd命令 （5）show directories （6）show paths

6.2.4 控制程序的执行 断点（breakpoint），观察点（watchpoint），捕捉点（catchpoint） 它们统称为停止点 6.2.4 控制程序的执行 断点（breakpoint），观察点（watchpoint），捕捉点（catchpoint） 它们统称为停止点 1．设置和显示断点 （1）设置断点：用break命令（其缩写形式为b）设置断点： break linenum break linenum if condition break function break file:linenum break file:function break *address break （2）显示断点 info breakpoints [num] info break [num]

2．设置和显示观察点 （1）设置观察点 watch expr rwatch expr awatch expr （2）显示观察点 info breakpoints info watchpoints 3．设置捕捉点 命令catch的格式是： catch event 另一个命令是tcatch event 4．维护停止点 delete clear disable enable 5．运行程序 run命令的格式： run [args]

6．程序的单步跟踪和连续执行 （1）单步跟踪 实行单步跟踪的命令是step和next，其格式是： step [N] next [N] （2）连续执行 continue，c或fg命令 7．函数调用 call expr return [expr]

6.2.5 其他常用命令 1．执行shell命令 其格式是： shell command-string 2．修改变量值 6.2.5 其他常用命令 1．执行shell命令 其格式是： shell command-string 2．修改变量值 (gdb) print x=10 (gdb) set variable x=10 3．跳转执行 jump linenum jump *addr

6.2.6 应用示例 示例程序源代码

（1）使用带-g选项的gcc命令对该程序进行编译，然后运行： （2）用程序名dbme作为参数启动gdb。 （3）在gdb环境下使用run命令运行该程序 。

（4）为了了解代码中可能出错的行，使用list命令显示第1～25行的内容（其实该程序只有22行）： (gdb) list 1,25 （5）设置断点，让程序在文件dbme.c的第21行停止执行，然后运行该程序。

（6）利用print命令可以打印任何合法表达式的值。 （7）再查看数组fary元素地址的情况

再查看ary数组后面10个元素的数值。

6.3 程序维护工具make 6.3.1 make的工作机制 GNU的make的工作过程如下： ① 依次读入各makefile文件； ② 初始化文件中的变量； ③ 推导隐式规则，并分析所有规则； ④ 为所有的目标文件创建依赖关系链； ⑤ 根据依赖关系和时间数据，确定哪些目标文件要重新生成； ⑥ 执行相应的生成命令。

1．makefile文件 make被调用后会依次查找名为GNUmakefile，makefile和Makefile的描述文件 一个示例 : prog: x.o y.o z.o assmb.o gcc x.o y.o z.o assmb.o -L/home/mqc/lib -lm -o prog x.o:x.c defs.h gcc -c x.c y.o: y.c defs.h gcc -c y.c z.o:z.c gcc -c z.c assmb.o:assmb.s as -o assmb.o assmb.s clean: rm prog *.o

Makefile规则有以下通用形式： 目标文件：[相依文件…] <tab>命令1[#注释] … <tab>命令n[#注释] 在格式上应注意： 依赖行从一行的开头开始书写 各命令行单独占一行，每个命令行的第一个字符必须是制表符<tab>，而不能使用8个空格 #号后的内容为注释 在依赖行上，目标文件和相依文件之间要用一个或两个冒号分开

2．依赖关系图 使用make的一个核心问题是确定好各文件之间的依赖关系。一般来说，生成一个目标文件可能有多个不同的途径，根据这些途径能够指定不同的依赖关系。

make是依据“关系图深度优先搜索”的算法来核查目标文件及相依文件的修改时间，深度相等时，可由左到右依次进行。 适当地引入中间结果，合理地构造依赖关系图，可以省去一部分编译工作量。但并非层次越多越好，要考虑目标文件的生成过程及其所起的作用。

6.3.2 使用变量 1．变量定义和引用 make的变量（又称做宏定义）一般均由大写字母和数字组成。 定义变量的一般格式是： 6.3.2 使用变量 1．变量定义和引用 make的变量（又称做宏定义）一般均由大写字母和数字组成。 定义变量的一般格式是： <变量名>=<字符串> 例如，下面都是合法的变量定义： OBJECT=x.o y.o z.o LIBES=-lm 引用make变量的方式与引用shell变量类似，即：把变量用圆括号括起来，并在前面加上“$”符号。例如： $(OBJECT) $(LIBES)

2．自动变量 除了用户定义的变量外，make也可以使用环境变量、自动变量和预定义变量。 $@ 表示规则中的目标文件集合 $? 所有比目标文件还新的那些相依文件的集合，以空格分开 $< 规则中的第一个相依文件名 $^ 规则中所有相依文件的集合，以空格分开 $% 仅当目标文件是一个静态库成员时，表示规则中的目标成员 名，而此时$@表示相应库文件的名称 $* 如果目标文件的后缀是make所识别的，则$*就是去掉后缀的目标文件名，但该引用只有用在隐含规则中才有意义

3．预定义变量 归档库: AR ARFLAGS 汇编命令： AS ASFLAGS C编译命令： CC CPP CFLAGS CPPFLAGS C++编译命令： CXX CXXFLAGS

6.3.3 隐式规则 在makefile文件中显式地指定了一些规则，称为显式规则。 6.3.3 隐式规则 在makefile文件中显式地指定了一些规则，称为显式规则。 隐式规则就是一种惯例，即预先约定好了，不需要在makefile文件中写出来的规则。 几个常用的隐式规则： ① 编译C语言程序的隐式规则 ② 编译C++程序的隐式规则 ③ 汇编和汇编预处理的隐式规则

6.3.4 make命令常用选项 make命令有丰富的命令行选项。 例如： -C dir 把目录改到dir -d 输出所有的调试信息 -e 指明环境变量优先于makefile文件中的变量 -f file 使用file文件作为makefile文件 -I 忽略在执行重新生成文件的命令的过程中出现的所有错误 -I dir 或 –Idir 指定一个包含makefile文件的搜索目录