GCC编译器和GDB调试器

GCC编译器

GCC 编译器支持编译 Go、Objective-C，Objective-C++，Fortran，Ada，D 和 BRIG（HSAIL）等程序。

实际使用中，使用 gcc 指令编译 C 代码，使用 g++ 指令编译 C++ 代码。

编译过程

例如 g++ test.cpp -o test 可拆解为以下步骤：

1. 预处理：处理以 # 开头的预处理命令

   # -E 选项指示编译器仅对输入文件进行预处理
   # test.i 文件将头文件及宏定义具体内容全部展开，其余保持不变
   g++ -E test.cpp -o test.i    // 生成.i文件

2. 编译：翻译成汇编文件

   # -S 编译选项告诉 g++ 在为 C++ 代码产生了汇编语言文件后停止编译
   # g++ 产生的汇编语言文件缺省拓展名是 .s
   # test.s 汇编语言文件内容为汇编指令
   g++ -S test.i -o test.s

3. 汇编：将汇编文件翻译成可重定位目标文件

   # -c 选项告诉 g++ 仅把源代码编译为机器语言的目标代码
   # 缺省时 g++ 建立的目标代码文件有一个 .o 的拓展名
   # test.o 为机器语言识别的二进制代码
   g++ -c test.s -o test.o

4. 链接：将可重定位目标文件和 printf.o 等单独预编译好的目标文件进行合并，得到最终的可执行目标文件

   # -o 编译选项来为将产生的可执行文件用指定的文件名
   # test 为可执行文件
   g++ test.o -o test

   静态链接和动态链接

   动态库一般都会存在/usr/lib/ 目录下；而静态库可以在任何目录下，只要你第一次链接的时候，用绝对路径去链接就行了，之后再删除，是不会影响你的生成的执行文件的。

当然动态库和静态库可以放置到你想放的任何地方，只是动态库需要设置环境变量，而静态库链接的时候需要绝对路径。

静态连接：
源文件中包含的头文件和程序中使用到的库函数，如stdio.h中定义的printf()函数，在libc.a中找到目标文件printf.o(这里暂且不考虑printf()函数的依赖关系)，然后将这个目标文件和我们hello.o这个文件进行链接形成我们的可执行文件。

可以发现静态运行库里面的一个目标文件只包含一个函数，如libc.a里面的printf.o只有printf()函数，strlen.o里面只有strlen()函数。因为如果很多函数都放在一个目标文件中，很可能很多没用的函数都被一起链接进了输出结果中，十分浪费空间。

缺点是浪费空间，因为每一个可执行程序都需要堆关联的静态库目标文件有一份拷贝，因此同一个目标文件可能在内存里就有多次拷贝。一旦代码修改，也得重新进行编译。
优点就是可执行程序已经具备了这些库文件，因此运行时的速度更快。

动态连接：
简单来说就是目标文件不会在链接阶段链接，而是推迟到了运行时，检查相关目标文件是否已经存在于内存之中，即共享一份副本。

也就是生成的可执行文件并没有要链接的内容，代码运行后再去找，这时候如果动态库被删除，就无法成功运行。

优点是空间占用更少，缺点是运行时效率降低，但一般不超过5%，因此可以忽略。

g++重要编译参数

1. -g 编译带调试信息的可执行文件

   # -g 选项告诉 GCC 产生能被 GNU 调试器 GDB 使用的调试信息，以调试程序。
   # 产生带调试信息的可执行文件 test（不加则 test 不包含调试信息）
   g++ -g test.cpp -o test

2. -O[n] 优化源代码

   # 所谓优化，比如省略代码中从未使用过的变量，直接将常量表达式用结果值来替代等等，这些操作会缩减目标文件所包含的代码量，提高最终生成的可执行文件的运行效率。
   # -O 选项告诉 g++ 对源代码进行基本优化。这些操作在大多数情况下都会使程序执行的更快。-O2 选项告诉 g++ 产生尽可能小和尽可能快的代码。
   # -O 同时减小代码长度和执行时间，效果等价为 -O1
   # -O0 表示不做优化
   # -O1 默认优化
   # -O2 除了完成 -O1 的优化之外，还进行一些额外的调整工作，如指令调整等
   # -O3 包括循环展开和其他一些与处理特性相关的优化操作
   # 选项将使编译的速度比使用 -O 时慢，但通常产生的代码执行速度会更快
   # 可以用如 "time ./test" 来查看可执行文件的运行效率，比较优化效果
   g++ -O2 test.cpp

3. -l 和 -L 指定库文件 ｜ 指定库文件路径

   # -l 参数就是用来指定程序要链接的库，-l 参数紧接着就是库名
   # 在 /lib 和 /usr/lib 和 /usr/local/lib 里的库可以直接用 -l 来进行链接
   
   # 链接 glog库
   g++ -lglog test.cpp
   
   # 如果库文件没放在上面三个目录里，需要使用 -L 参数指定库文件所在目录
   # -L 参数紧接着的是库文件所在的目录名
   
   # 链接 mytest 库，libmytest.so 在 /home/Test 目录下
   g++ -L/home/Test -lmytest test.cpp

4. -I 指定头文件搜索目录

   # 若头文件在 /usr/include 目录下一般是不需要指定的，否则就需要 -I 参数来指定了，比如头文件放在 /myinclude 目录里，否则会报错 “xxxx.h: No such file or directory” 。
   g++ -I/myinclude test.cpp

5. -Wall 打印警告信息 | -w 关闭警告信息

   # 打印出 gcc 的警告信息
   g++ -Wall test.cpp
   
   # 关闭所有警告信息
   g++ -w test.cpp

6. -std=c++11 设置编译标准

   # 使用 c++11 标准编译 test.cpp
   g++ -std=c++11 test.cpp

7. -o 指定输出文件名

   # 指定即将产生的文件名
   # 指定输出可执行文件名为test
   g++ test.cpp -o test

8. -D 定义宏

   # 在使用gcc/g++编译的时候定义宏
   # 常用场景：
   # -DDEBUG 定义 DEBUG 宏，可能文件中有DEBUG宏部分的相关信息，用 DDEBUG 来选择开启或关闭 DEBUG
   # 举例：
   // -Dname 定义宏 name，默认定义内容为字符串 “1”
   #include <stdio.h>
   int main()
   {
       #ifdef DEBUG
           printf("DEBUG LOG\n");
       #endif
           printf("in\n");
   }
   // 1. 在编译的时候，使用g++ -DDEBUG main.cpp
   // 2. 第七行代码可以被执行

   GDB调试器

GDB(GNU Debugger) 是一个用来调试C/C++程序的功能强大的调试器，是 Linux 系统开发 C/C++ 最常用的调试器。

GDB主要功能：

• 设置断点(断点可以是条件表达式)
• 使程序在指定的代码行上暂停执行，便于观察
• 单步执行程序，便于调试
• 查看程序中变量值的变化
• 动态改变程序的执行环境
• 分析崩溃程序产生的core文件

调试开始：执行gdb [filename] ，进入gdb调试程序，其中 filename 为要调试的可执行文件名。

编译程序时需要加上 -g，之后才能用 gdb 进行调试：g++ -g main.cpp -o main
回车键：重复上一命令

$(gdb)help(h)        # 查看命令帮助，具体命令查询在gdb中输入help + 命令 

$(gdb)run(r)         # 重新开始运行文件（run-text：加载文本文件，run-bin：加载二进制文件）

$(gdb)start          # 单步执行，运行程序，停在第一行执行语句

$(gdb)list(l)        # 查看原代码（list-n,从第n行开始查看代码。list+ 函数名：查看具体函数）

$(gdb)set            # 设置变量的值

$(gdb)next(n)        # 单步调试（逐过程，函数直接执行）

$(gdb)step(s)        # 单步调试（逐语句：跳入自定义函数内部执行）

$(gdb)backtrace(bt)  # 查看函数的调用的栈帧和层级关系

$(gdb)frame(f)       # 切换函数的栈帧

$(gdb)info(i)        # 查看函数内部局部变量的数值

$(gdb)finish         # 结束当前函数，返回到函数调用点

$(gdb)continue(c)    # 继续运行

$(gdb)print(p)       # 打印值及地址

$(gdb)quit(q)        # 退出gdb

$(gdb)break+num(b)                 # 在第num行设置断点

$(gdb)info breakpoints             # 查看当前设置的所有断点

$(gdb)delete breakpoints num(d)    # 删除第num个断点

$(gdb)display                      # 追踪查看具体变量值

$(gdb)undisplay                    # 取消追踪观察变量

$(gdb)watch                        # 被设置观察点的变量发生修改时，打印显示

$(gdb)i watch                      # 显示观察点

$(gdb)enable breakpoints           # 启用断点

$(gdb)disable breakpoints          # 禁用断点

$(gdb)x                            # 查看内存x/20xw 显示20个单元，16进制，4字节每单元

$(gdb)run argv[1] argv[2]          # 调试时命令行传参

$(gdb)set follow-fork-mode child   # Makefile项目管理：选择跟踪父子进程（fork()）