[Linux修炼]gcc和gdb的基本使用
前言
本文就来分享一波作者对Linux下gcc和gdb的学习心得与见解。
笔者水平有限，难免存在纰漏，欢迎指正交流。
Linux编译器-gcc/g++
这里讲的是gcc相关内容，g++的话也差不多。
背景知识
编译过程包括：
1.预处理（进行一系列文本操作) 2.编译（生成汇编代码) 3.汇编（生成机器可识别代码）
然后就是链接（生成可执行文件或库文件)
gcc如何执行
格式 ：gcc [选项] [要编译的文件] [选项] [目标文件]
预处理
预处理功能主要包括宏替换，文件包含，条件编译，去注释等。
预处理指令是以#号开头的指令。
实例：gcc –E hello.c –o hello.i
选项“-E”：作用是让 gcc 在预处理结束后停止编译过程
选项“-o”：作用是将处理后的文件内容输出到目标文件中，“.i”文件为已经过预处理的C原始程序。
如下是hello.c文件的内容，如果直接gcc hello.c就会编译并链接直接生成默认的可执行文件a.out。
#include<stdio.h> #define M 100 int main() { printf("hello \n"); //测试注释 //printf("hello \n"); //printf("hello \n"); //printf("hello \n"); //printf("hello \n"); //printf("hello \n"); //测试条件编译 #ifdef SHOW printf("hello show!\n"); #else printf("hello default!\n"); #endif //测试宏 printf("宏：%d\n", M); return 0; } 复制代码 然后./a.out就可以直接运行：
如果只想让文件进行预处理就停下来可以gcc –E hello.c –o hello.i，然后我们分屏打开这两个文件来比对一下：
顺便提一句，C头文件可以在这个路径下找到：/usr/include/。有了头文件才能支持代码自动补齐。
编译
在这个阶段中，gcc 首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等，以确定代码的实际要做的工作，在检查无误后，gcc 把代码翻译成汇编语言。
选项“-S”：作用是只进行编译就停止，生成汇编代码。
实例：gcc –S hello.i –o hello.s
“.s”文件是编译后的包含汇编代码的文件。
编译过程为 扫描程序-->语法分析-->语义分析-->源代码优化-->代码生成器-->目标代码优化。
扫描程序进行词法分析，从左向右，从上往下扫描源程序字符，识别出各个单词，确定单词类型。
语法分析是根据语法规则，将输入的语句构建出分析树parse tree或者语法树syntax tree。
语义分析是根据上下文分析函数返回值类型是否对应这种语义检测，可以理解语法分析就是描述一个句子主宾谓是否符合规则，而语义用于检测句子的意思是否是正确的。
编译优化
死代码删除是编译最优化技术，指的是移除根本执行不到的代码，或者对程序运行结果没有影响的代码，而并不是删除被注释的代码。
内联函数，也叫编译时期展开函数， 指的是建议编译器将内联函数体插入并取代每一处调用函数的地方，从而节省函数调用带来的成本，使用方式类似于宏，但是与宏不同的是内联函数拥有参数类型的校验，以及调试信息，而宏只是文本替换而已。
for循环的循环控制变量，通常被cpu访问频繁，因此如果调度到寄存器中进行访问则不用每次从内存中取出数据，可以提高访问效率。
强度削弱是指执行时间较短的指令等价地替代执行时间较长的指令，比如
num % 128与num & 127相较，则明显&127更加轻量。
汇编
汇编阶段是把编译阶段生成的“.s”文件转成目标文件，但还不是可执行文件。 选项“-c”：作用是只进行汇编就停止，生成二进制指令。
实例：gcc –c hello.s –o hello.o
“.o”为二进制可重定向目标文件。
链接
在成功编译之后，就进入了链接阶段，该阶段内把目标文件和标准库联系起来，这样你调用的库函数才能找到定义并执行，链接完后就形成了可执行文件。
实例: gcc hello.o –o hello
讲完这些个过程后，这里提供一个助记小方法：注意到键盘左上角的[Esc]键没？这不正好对应-E、-S和-c么？
初识动静态链接
首先要清楚，我们自己写的代码和库是两码事。诸如C标准库等是别人已经给我们准备好的，让我们直接使用。我们所有使用库函数的代码都只是函数调用，并没有对应的函数实现，只有当链接的时候库中的实现才和我们写的代码关联起来。
在这里涉及到一个重要的概念:函数库。比如在我们的C程序中，并没有定义printf的函数实现，且在预编译中包含的stdio.h中也只有该函数的声明，而 没有定义函数的实现，那么，是在哪里实现printf函数的呢? 答案是：（Linux下）系统把这些函数实现都被做到名为 libc.so.6 的库文件中去了，在没有特别指定时，gcc会到系统默认的搜索路径/usr/lib下进行查找，也就是链接到 libc.so.6 库函数中去，这样就能实现函数printf了，而这也就是链接的作用。那我们写的代码和库函数如何关联呢？
函数库一般分为静态库和动态库两种，分别适用于静态链接和动态链接。
静态链接是指链接时，把要用到的代码从静态库中拷贝一份到目标文件中，因此生成的文件比较大，但在运行时也就不再需要库文件了，所以不受库升级或者被删除的影响，但是形成的可执行程序体积太大，对于磁盘、内存及网络资源占用大，会使得各个可执行程序文件中存在冗余代码。（Linux下）静态库后缀名一般为.a。
动态链接与之相反，在链接时并没有把动态库中所需代码拷贝到目标文件中，而是与动态库建立一些联系，使得在程序执行时能动态跳转到库中实现某些函数再跳回，这样可以节省系统的开销，形成的可执行程序小，这不仅仅使得在磁盘上占用空间小，加载到内存能节省资源速度快，而且便于网络中传输。（Linux下）动态库一般后缀名为.so，如前面所述的 libc.so.6 就是动态库。
顺便提一嘴，Windows下命名：动态库后缀.dll，静态库后缀.lib。
那我们怎么知道我们写的文件链接时用的是静态库还是动态库呢？在Linux下我们可以用file指令来查看一个文件的详细信息，比如：
实际上，gcc 在链接时默认是动态链接的，使用的是动态库。那使用的是哪一个库呢？使用ldd，比如ldd test可以查看可执行程序test依赖的动态库：
那如果我就是想要让gcc静态链接怎么办呢？系统一般默认具备动态库而不具备静态库，所以先安装一下 C静态库：yum install -y glibc-static，然后在gcc编译链接的时候后置一个-static即可（C++静态库的话是yum install -y libstdc++-static），比如：
我们顺便也可以看看动态链接和静态链接形成的文件大小比对情况，比如：
gcc选项
-E 只进行预处理
-S 编译成汇编语言而不进行汇编和链接
-c 汇编成二进制指令但不链接
-o 文件处理后的内容输出到目标文件
-static 此选项对生成的文件采用静态链接
g 生成调试信息，GNU 调试器可利用该信息
-shared 此选项将尽量使用动态库，生成文件比较小，但是需要系统有动态库
编译器的优化选项的4个级别
-O0 -O1 -O2 -O3 ，-O0表示没有优化，-O1为缺省值，-O3优化级别最高
-w 不生成任何警告信息
-Wall 生成所有警告信息
Linux调试器- gdb
背景
程序的发布方式有两种，debug模式和release模式
程序员需要调试（对应debug模式，包含了调试信息）
用户用不到——不会用也不关心（对应release模式，去除了调试信息）
我们在Linux下试一试gdb：
为什么不行呢？
Linux gcc/g++得到的二进制程序，默认是release模式，所以要使用gdb调试，必须在源代码生成二进制程序的时候，加上 -g 选项加入调试信息而转变为debug模式，这样才能进行调试。
关于默认行为
gcc：
默认是动态链接
默认是release模式
vim：
默认是命令行模式
基本使用
以下面代码为例进行简单讲解：
ctrl + d 或 quit(或q) ：退出
list(或l) 行号：显示源代码（一般不会从头开始），每次都接着上次的位置往下列，每次列10行。
list(或l) 函数名：列出某个函数的源代码。
在执行完一个命令后想再次执行该命令可以直接按回车，因为gdb会保存上一次命令。
break(或b) 行号：在某一行设置断点
break(或b) 函数名：在某个函数开头设置断点
info break (或i b)：查看断点信息。
Num对应的就是断点的序号。
delete breakpoints(或d) n：删除序号为n的断点
delete breakpoints(或d)：删除所有断点
disable breakpoints：禁用断点
enable breakpoints：启用断点
断点若处于未启用状态，断点存在但会被忽略。
run(或r)：从程序开始处连续而非单步执行程序，遇到断点会停下来
next(或n)：一次执行一个过程（逐过程，不会进入函数调用） step(或s)：一次执行单条语句（逐语句，会进入函数调用）
continue(或c)：从当前位置开始连续而非单步执行程序，遇到断点会停下来（一般用来从一个断点处运行到下一个断点处）
finish：只执行到当前函数结束，然后停下来等待命令
print(或p)：打印表达式的值，通过表达式可以修改变量的值或者调用函数 display 变量名：跟踪查看一个变量，每次执行停下来都显示它的值 undisplay 序号：取消对先前设置的那些变量的跟踪（根据序号） breaktrace(或bt)：查看各级函数调用及参数 info（或i) locals：查看当前栈帧局部变量的值
until X(行号)：跳至X行
以上就是本文全部内容，感谢观看，你的支持就是对我最大的鼓励~
作者：桦秋静
链接：https://juejin.cn/post/7169153555897516062