1.編譯器gcc/g++

1.1C語(yǔ)言程序的翻譯過(guò)程

1.預(yù)處理

在此階段做的事情：

1. 頭文件展開：把我們編寫的代碼中的包含頭文件的代碼替換成頭文件本身
2. 刪除所有的注釋
3. #define定義的符號(hào)和宏全部替換
4. 執(zhí)行條件編譯

在Linux下，我們可以通過(guò)指令讓gcc只執(zhí)行預(yù)處理操作

gcc -E test.c -o test.i
# -E 表示從現(xiàn)在開始，進(jìn)行程序的翻譯，當(dāng)預(yù)處理結(jié)束時(shí)停下來(lái)
# -o 表示指明產(chǎn)生的文件的名稱

可以看到經(jīng)過(guò)預(yù)編譯之后，#include包含頭文件的代碼沒(méi)有了，但是文件中多了幾百行，這些多的就是頭文件的內(nèi)容被拷貝進(jìn)來(lái)了，注釋部分被刪除，宏定義被替換了，條件編譯也轉(zhuǎn)變成了執(zhí)行過(guò)后的結(jié)果。

2.編譯

此階段做的事情：

• 語(yǔ)法分析
• 詞法分析
• 語(yǔ)義分析
• 符號(hào)匯總

最終的結(jié)果就是把C語(yǔ)言代碼變成匯編語(yǔ)言代碼

在Linux下需要執(zhí)行的指令是：

gcc -S test.i -o test.s
# -S 表示從現(xiàn)在開始，執(zhí)行程序的翻譯，做完編譯工作之后，變成匯編代碼就停下來(lái)
# 變成的匯編代碼的后綴名是.s

打開test.s之后我們可以發(fā)現(xiàn)，里面的代碼意見已經(jīng)變成匯編指令了。

3.匯編

此階段做的事情：把匯編代碼變成二進(jìn)制(這里的二進(jìn)制不是可執(zhí)行的，叫做二進(jìn)制目標(biāo)文件)

在Linux下需要執(zhí)行的指令是：

gcc -c test.s -o test.o
# -c 表示從現(xiàn)在開始，進(jìn)行程序的翻譯，做完匯編工作，變成可重定向的目標(biāo)二進(jìn)制，就停下來(lái)
# 重定向的目標(biāo)二進(jìn)制文件的后綴名是.o

可以看到，此時(shí)文件內(nèi)已經(jīng)變成了我們看不懂的二進(jìn)制代碼，當(dāng)他以二進(jìn)制的形式打開時(shí)，是這樣的

4. 鏈接

此階段做的事情：把本地編寫的代碼和c標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的代碼合并，形成可執(zhí)行的二進(jìn)制文件

• 合并段表：編譯器會(huì)把在匯編階段生成的多個(gè)目標(biāo)文件中相同格式的數(shù)據(jù)合并在一起，最終形成一個(gè) .exe 文件。
• 符號(hào)表的合并和重定位：符號(hào)表的合并是指編譯器會(huì)把在匯編階段生成的多個(gè)符號(hào)表合并為一個(gè)符號(hào)表；重定位則是指當(dāng)同一個(gè)符號(hào)出現(xiàn)在兩個(gè)符號(hào)表中時(shí)，編譯器會(huì)選取其中和有效地址相關(guān)的那一個(gè)，舍棄另外一個(gè)

在Linux下需要執(zhí)行的指令是：

gcc test.o -o mytest
# 鏈接階段是程序翻譯的最后一個(gè)階段，不需要加任何選項(xiàng)
# 默認(rèn)生成的可執(zhí)行文件的文件名是a.out,我們可以通過(guò)-o選項(xiàng)指定

可以看到，產(chǎn)生的文件mytest就是可執(zhí)行的程序。

注：

1. 對(duì)于上述的幾個(gè)Linux下gcc指令的選項(xiàng)和產(chǎn)生文件的后綴名，這里有一個(gè)方便記憶的小技巧，預(yù)編譯、編譯、鏈接的選項(xiàng)分別是ESc，對(duì)應(yīng)著鍵盤左上角的按鍵Esc，產(chǎn)生的文件后綴名是iso，對(duì)應(yīng)著光盤映像文件的后綴名
2. 上述的分段執(zhí)行只是為了方便我們能夠更加細(xì)致的看到程序翻譯的過(guò)程，在實(shí)際使用gcc的時(shí)候，只需要使用指令gcc 原文件名 -o 產(chǎn)生的可執(zhí)行文件名或者gcc 原文件名即可。

1.2 鏈接方式與函數(shù)庫(kù)

1.動(dòng)態(tài)鏈接與靜態(tài)鏈接

我們?cè)趯懘a的過(guò)程中，會(huì)經(jīng)常用到庫(kù)函數(shù)，類似printf，scanf，strlen等函數(shù)，這些函數(shù)在我們的代碼中只是調(diào)用了它們，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，那么是誰(shuí)實(shí)現(xiàn)的呢？答案是庫(kù)函數(shù)，是別人預(yù)先寫好的

同時(shí)，程序在預(yù)處理、編譯和匯編階段處理的都是我們自己編寫的代碼，只有在鏈接的時(shí)候，庫(kù)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)才會(huì)和我們的代碼關(guān)聯(lián)起來(lái) (符號(hào)表的重定位)；所以，鏈接的本質(zhì)是我們?cè)谡{(diào)用庫(kù)函數(shù)時(shí)如何與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題

程序的鏈接方式一共有兩種：動(dòng)態(tài)鏈接與靜態(tài)鏈接

• 動(dòng)態(tài)鏈接是指執(zhí)行代碼時(shí)，如果遇到庫(kù)函數(shù)調(diào)用就跳轉(zhuǎn)到動(dòng)態(tài)庫(kù)中對(duì)應(yīng)函數(shù)的定義處，然后執(zhí)行該函數(shù)，執(zhí)行完畢后再跳轉(zhuǎn)回原程序并繼續(xù)往下執(zhí)行；它的優(yōu)點(diǎn)是形成的可執(zhí)行程序小，缺點(diǎn)是受到動(dòng)態(tài)庫(kù)變動(dòng) (刪除、升級(jí)等) 的影響

• 靜態(tài)鏈接則是直接將本程序內(nèi)部要使用的庫(kù)函數(shù)從對(duì)應(yīng)的靜態(tài)庫(kù)中拷貝一份過(guò)來(lái)；它的優(yōu)點(diǎn)是不與靜態(tài)庫(kù)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，即不受靜態(tài)庫(kù)變動(dòng) (刪除、升級(jí)等) 的影響；缺點(diǎn)是形成的可執(zhí)行程序非常大。

2.動(dòng)態(tài)庫(kù)與靜態(tài)庫(kù)

函數(shù)庫(kù)是一些事先寫好的，用于給別人復(fù)用的函數(shù)的集合，函數(shù)庫(kù)一般分為靜態(tài)庫(kù)和動(dòng)態(tài)庫(kù)兩種

靜態(tài)庫(kù)是指在編譯鏈接時(shí)，把包含的庫(kù)文件全部拷貝到可執(zhí)行文件中，然后在運(yùn)行時(shí)就不再需要庫(kù)文件了，但是由于拷貝了全部?jī)?nèi)容，所以生成的文件會(huì)很大。靜態(tài)庫(kù)在Linux下的后綴名是.a，在Windows下后綴名是.lib

動(dòng)態(tài)庫(kù)：也叫共享庫(kù)，與靜態(tài)庫(kù)相反，在編譯鏈接時(shí)并沒(méi)有把庫(kù)文件的代碼加入到可執(zhí)行文件中,而是在程序執(zhí)行時(shí)由運(yùn)行時(shí)鏈接文件加載庫(kù),這樣可以節(jié)省系統(tǒng)的開銷。動(dòng)態(tài)庫(kù)一般后綴名為.so，在Windows下后綴名是.dll

那么，我們驗(yàn)證一下，我們?cè)贚inux下編譯是怎么鏈接的

驗(yàn)證方法：使用file指令可以看到調(diào)用的庫(kù)是動(dòng)態(tài)庫(kù)還是靜態(tài)庫(kù)

我們可以看到，gcc默認(rèn)的鏈接方式是動(dòng)態(tài)鏈接，那么怎么讓它使用靜態(tài)鏈接呢？只需要在編譯指令后面加上-static

這個(gè)時(shí)候，我們查看一下兩個(gè)文件的詳細(xì)信息

可以看到，使用靜態(tài)鏈接產(chǎn)生的可執(zhí)行文件，大小比動(dòng)態(tài)鏈接產(chǎn)生的文件大得多。

這里補(bǔ)充一點(diǎn)非常重要的事情：一定不要?jiǎng)h除系統(tǒng)中的C動(dòng)態(tài)庫(kù)，因?yàn)長(zhǎng)inux系統(tǒng)中的基本上所有指令都是使用C語(yǔ)言寫的，如果沒(méi)有C動(dòng)態(tài)庫(kù)，會(huì)導(dǎo)致很多指令都無(wú)法使用，最終的解決方案只能是重裝系統(tǒng)。

1.3 gcc與g++的使用

gcc 選項(xiàng)

• -E 只激活預(yù)處理,這個(gè)不生成文件,你需要把它重定向到一個(gè)輸出文件里面
• -S 編譯到匯編語(yǔ)言不進(jìn)行匯編和鏈接
• -c 編譯到目標(biāo)代碼
• -o 文件輸出到 文件
• -static 此選項(xiàng)對(duì)生成的文件采用靜態(tài)鏈接
• -g 生成調(diào)試信息。GNU 調(diào)試器可利用該信息。
• -shared 此選項(xiàng)將盡量使用動(dòng)態(tài)庫(kù)，所以生成文件比較小，但是需要系統(tǒng)由動(dòng)態(tài)庫(kù).
• -O3 編譯器的優(yōu)化選項(xiàng)的4個(gè)級(jí)別，-O0表示沒(méi)有優(yōu)化,-O1為缺省值，-O3優(yōu)化級(jí)別最高
• -w 不生成任何警告信息。
• -Wall 生成所有警告信息

我們?cè)谑褂渺o態(tài)鏈接的方式編譯的時(shí)候，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)報(bào)錯(cuò)，因?yàn)橛胁糠諰inux機(jī)器沒(méi)有安裝C靜態(tài)庫(kù)，所以需要我們手動(dòng)安裝

# 手動(dòng)安裝C靜態(tài)庫(kù)
sudo yum install -y glibc-static

同時(shí)，部分Linux機(jī)器也是沒(méi)有安裝g++的，也需要我們手動(dòng)安裝

# 安裝g++
sudo yum install -y gcc-c++

# 安裝c++靜態(tài)庫(kù)
sudo yum install -y libstdc++-static

2.調(diào)試器gdb

2.1debug和release

debug和release是程序編譯的類型版本，debug是調(diào)試版本，其中包含了程序的調(diào)試信息，release是程序的發(fā)布版本，其中沒(méi)有調(diào)試信息，并且進(jìn)行了部分優(yōu)化(例如對(duì)死循環(huán)的優(yōu)化)。

可以看到，debug版本比release版本要大一點(diǎn)，其中多的內(nèi)容就是調(diào)試信息，所以gdb調(diào)試必須要在debug模式下調(diào)試，如果是release版本下不可執(zhí)行調(diào)試

會(huì)顯示no debugging symbols found(沒(méi)有找到調(diào)試標(biāo)志)

Linux下gcc/g++編譯出來(lái)的程序默認(rèn)是release版本

到這里我們總結(jié)一下之前所學(xué)到的關(guān)于Linux下的一些默認(rèn)行為

1. gcc/g++的默認(rèn)行為

   • 默認(rèn)連接方式是動(dòng)態(tài)連接(靜態(tài)鏈接需要加-static)

   • 默認(rèn)編譯版本是release(編譯debug版本需要加-g)

2. vim的默認(rèn)行為

   • 打開后的默認(rèn)模式是命令模式

2.2gdb的安裝

sudo yum install -y gdb

2.3gdb的使用

• 第一步：使用-g指令編譯源代碼，產(chǎn)生debug版本的可執(zhí)行程序

  

• 第二步：執(zhí)行gdb FileName進(jìn)入調(diào)試

  

• 第三步：輸入調(diào)試指令進(jìn)行調(diào)試即可

• 第四步：ctrl+d或者q/quit退出調(diào)試

2.4gdb的常用指令

• list／l 行號(hào)：顯示binFile源代碼，接著上次的位置往下列，每次列10行。
• list／l 函數(shù)名：列出某個(gè)函數(shù)的源代碼。
• r或run：運(yùn)行程序。
• n 或 next：單條執(zhí)行。
• s或step：進(jìn)入函數(shù)調(diào)用
• break(b) 行號(hào)：在某一行設(shè)置斷點(diǎn)
• break 函數(shù)名：在某個(gè)函數(shù)開頭設(shè)置斷點(diǎn)
• info break ：查看斷點(diǎn)信息。
• finish：執(zhí)行到當(dāng)前函數(shù)返回，然后挺下來(lái)等待命令
• print§：打印表達(dá)式的值，通過(guò)表達(dá)式可以修改變量的值或者調(diào)用函數(shù)
• p 變量：打印變量值。
• set var：修改變量的值
• continue(或c)：從當(dāng)前位置開始連續(xù)而非單步執(zhí)行程序
• run(或r)：從開始連續(xù)而非單步執(zhí)行程序
• delete breakpoints：刪除所有斷點(diǎn)
• delete breakpoints n：刪除序號(hào)為n的斷點(diǎn)
• disable breakpoints：禁用斷點(diǎn)
• enable breakpoints：啟用斷點(diǎn)
• info(或i) breakpoints：參看當(dāng)前設(shè)置了哪些斷點(diǎn)
• display 變量名：跟蹤查看一個(gè)變量，每次停下來(lái)都顯示它的值
• undisplay：取消對(duì)先前設(shè)置的那些變量的跟蹤
• until X行號(hào)：跳至X行
• breaktrace(或bt)：查看各級(jí)函數(shù)調(diào)用及參數(shù)
• info（i) locals：查看當(dāng)前棧幀局部變量的值
• quit：退出gdb

下面會(huì)使用實(shí)例來(lái)演示部分指令

• list／l 行號(hào)：顯示binFile源代碼，接著上次的位置往下列，每次列10行。

  

• list／l 函數(shù)名：列出某個(gè)函數(shù)的源代碼

  

• break(b) 行號(hào)：在某一行設(shè)置斷點(diǎn)

• info break ：查看斷點(diǎn)信息

• break 函數(shù)名：在某個(gè)函數(shù)開頭設(shè)置斷點(diǎn)

  

• d + 斷點(diǎn)編號(hào)：刪除斷點(diǎn)

• delete breakpoints：刪除所有斷點(diǎn)

  

• r或run：運(yùn)行程序

  

• s或step：進(jìn)入函數(shù)調(diào)用

  

  進(jìn)入了AddToVal函數(shù)內(nèi)部，遇到斷點(diǎn)停下

• n 或 next：單條執(zhí)行

  

  每個(gè)n執(zhí)行一行

• print§：打印表達(dá)式的值，通過(guò)表達(dá)式可以修改變量的值或者調(diào)用函數(shù)

  

• display 變量名：跟蹤查看一個(gè)變量，每次停下來(lái)都顯示它的值

  

• undisplay：取消對(duì)先前設(shè)置的那些變量的跟蹤

  

• finish/fin：執(zhí)行到當(dāng)前函數(shù)返回，然后停下來(lái)等待命令

  

3.總結(jié)

到此，我們學(xué)習(xí)了Linux下的基本指令與操作，權(quán)限相關(guān)的概念，學(xué)習(xí)了yum工具，能夠在Linux下進(jìn)行軟件的安裝，學(xué)習(xí)了vim的使用，能夠在Linux下寫代碼，學(xué)習(xí)了gcc/g++的使用，能夠在Linux下編譯代碼，學(xué)習(xí)了gdb的使用，能夠在Linux下調(diào)試代碼，學(xué)習(xí)了make/makefile，能夠在Linux下使用多文件編程，為我們?cè)贚inux下編程提供了便利，編寫了我們的第一條Linux程序----進(jìn)度條，學(xué)會(huì)了使用git命令行，能夠把Linux下的代碼上傳到Gitee/Github上。Linux的工具篇到此結(jié)束，下面，我們將會(huì)遇到Linux的第一座大山----進(jìn)程。

抬頭是山，路在腳下，與諸君共勉

本章完