4.1 C高级 gcc和gdb

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GCC是一个强大的编译器，支持多种编程语言，包括C、C++等，并具有编译、调试和软件工程管理功能。GDB则是常用的调试工具，允许程序员设置断点、查看变量值和单步执行代码，对于代码调试非常有用。文章详细介绍了GCC的编译过程，包括预处理、编译、汇编和链接，并提到了GDB的调试流程和关键操作。

【1】GCC编译器
（1）GNU工具
   编译工具：把一个源程序编译为一个可执行程序
   调试工具：能对执行程序进行源码或汇编级调试
   软件工程工具：用于协助多人开发或大型软件项目的管理，如make、CVS、Subvision
   其他工具：用于把多个目标文件链接成可执行文件的链接器，或者用作格式转换的工具。
（2）部分相关资源
   http://www.gnu.org/
   http://gcc.gnu.org/
   http://www.kernel.org/
   http://www.linux.org/
   http://www.linuxdevices.com/
   http://sourceforge.net/index.php
（3）GCC简介
   全称为GNU CC ，GNU项目中符合ANSI C标准的编译系统
   编译如C、C++、Object C、Java、Fortran、Pascal、Modula-3和Ada等多种语言
   GCC是可以在多种硬体平台上编译出可执行程序的超级编译器，其执行效率与一般的编译器相比平均效率要高20%~30%
   一个交叉平台编译器，适合在嵌入式领域的开发编译
       gcc所支持后缀名解释
           .c       C原始程序
           .C/.cc/.cxx   C++原始程序
           .m       Objective-C原始程序
           .i       已经过预处理的C原始程序
           .ii       已经过预处理的C++原始程序
           .s/.S   汇编语言原始程序
           .h       预处理文件(头文件)
           .o       目标文件
           .a/.so   编译后的库文件
（4）GCC编译器的版本
   GNU Compiler Collection
   C, C++, Objective-C, Fortran, Java, Ada
   http://gcc.gnu.org
（5）编译器的主要组件
   1）分析器：分析器将源语言程序代码转换为汇编语言。因为要从一种格式转换为另一种格式（C到汇编），所以分析   2）器需要知道目标机器的汇编语言。
   3）汇编器：汇编器将汇编语言代码转换为CPU可以执行字节码。
   4）链接器：链接器将汇编器生成的单独的目标文件组合成可执行的应用程序。链接器需要知道这种目标格式以便工作。
   5）标准C库：核心的C函数都有一个主要的C库来提供。如果在应用程序中用到了C库中的函数，这个库就会通过链接器和源代码连接来生成最终的可执行程序。
（6）GCC的基本用法和选项
   Gcc最基本的用法是∶gcc [options] [filenames]
       -c，只编译，不连接成为可执行文件，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(GNU的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、连接，采用这个选项，整个源代码会在编译、连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、连接的速度就相应地要慢一些。
       -O2，比-O更好的优化编译、连接，当然整个编译、连接过程会更慢。
       -I dirname，将dirname所指出的目录加入到程序头文件目录列表中，是在预编译过程中使用的参数。
       -L dirname，将dirname所指出的目录加入到程序函数档案库文件的目录列表中，是在链接过程中使用的参数。
（7）GCC的错误类型及对策
   1）第一类∶C语法错误
       错误信息∶文件source.c中第n行有语法错误(syntex errror)。
       有些情况下，一个很简单的语法错误，gcc会给出一大堆错误，我们最主要的是要保持清醒的头脑，
       不要被其吓倒，必要的时候再参考一下C语言的基本教材。
   2）第二类∶头文件错误
       错误信息∶找不到头文件head.h(Can not find include file head.h)。
       这类错误是源代码文件中的包含头文件有问题，可能的原因有头文件名错误、指定的头文件所在目录名错误等，
       也可能是错误地使用了双引号和尖括号。
   3）第三类∶档案库错误
       错误信息∶链接程序找不到所需的函数库（ld: -lm: No such file or directory )。
       这类错误是与目标文件相连接的函数库有错误，可能的原因是函数库名错误、指定的函数库所在目录名称错误等，
       检查的方法是使用find命令在可能的目录中寻找相应的函数库名，确定档案库及目录的名称并修改程序中及编译选项中的名称。
    4）第四类∶未定义符号
       错误信息∶有未定义的符号(Undefined symbol)。这类错误是在连接过程中出现的，可能有两种原因∶
       一是使用者自己定义的函数或者全局变量所在源代码文件，没有被编译、连接，或者干脆还没有定义，
       这需要使用者根据实际情况修改源程序，给出全局变量或者函数的定义体；
       二是未定义的符号是一个标准的库函数，在源程序中使用了该库函数，而连接过程中还没有给定相应的函数库的名称，
       或者是该档案库的目录名称有问题，这时需要使用档案库维护命令ar检查我们需要的库函数到底位于哪一个函数库中，
       确定之后，修改gcc连接选项中的-l和-L项。

（8）GCC使用实例

#include<stdio.h>
int main(void)
{
int i,j; 
j=0;
i=j+1;
printf(“hello,world\n”);
printf(“the result is %d\n”,i);
}
/*
编译： $ gcc –o test test.c
执行： $ ./test
查看更详细的信息：
       $ gcc –v –o test test.c 
*/

（9）GCC编译过程

        GCC的编译流程分为四个步骤:
                预处理(Pre-Processing)
                编译(Compiling)
                汇编(Assembling)
                链接(Linking)

（10）生成预处理代码
       $ gcc –E test.c -o test.i
        用wc命令，查看这两个阶段代码大小：
            $ wc test.c test.cpp
            9 16 127 test.c
            842 1934 16498 test.cpp
            851 1950 16625 总用量
       test.i比test.c增加了很多内容，主要是放在系统提供的include文件中的。
（11）生成汇编代码
   检查语法错误,并生成汇编文件
       $ gcc –S test.c –o test.s
（12）生成目标代码
    方法一，用gcc直接从C源代码中生成目标代码：
       $ gcc –c test.s –o test.o
   方法二，用汇编器从汇编代码生成目标代码：
       $ as test.s –o test.o
（13）生成可执行程序
   将目标程序链接库资源，生成可执行程序
       $ gcc test.s –o test
       ./test

【2】GDB调试工具
（1）调试器--Gdb调试流程
   首先使用gcc对test.c进行编译，注意一定要加上选项‘-g’
   # gcc -g test.c -o test
   # gdb test
（2） Gdb调试流程

查看文件

           (gdb) l
       设置断点
           (gdb) b 6
       查看断点情况
           (gdb) info b
       运行代码
           (gdb) r

   查看变量值
   (gdb) p n
   单步运行
   (gdb) n
   (gdb) s
   恢复程序运行
   (gdb) c
   帮助
   (gdb) help [command]
（3）Gdb的使用切记点
   在gcc编译选项中一定要加入‘-g’。
   只有在代码处于“运行”或“暂停”状态时才能查看变量值。
   设置断点后程序在指定行之前停止
（4）Gdb调试
   运行被调试程序，设置所有的能影响该程序的参数和变量。
    保证被调试程序在指定的条件下停止运行。
   当被调试程序停止时，让开发工程师检查发生了什么。
   根据每次调试器的提示信息来做响应的改变，以便修正某个错误引起的问题