在linux上进行编译调试

1.相关疑问

1. 为什么在代码里使用了一个未定义过的函数(如add()),在编译阶段不会报错,在链接阶段会报错呢?

答:先说几个代码编译的结论:

  • 单个\.c源文件文件被编译成机器码文件时,源文件中的所有变量名以及数组名都会变成地址偏移量;
  • 类型信息都会变成指令的长度(int\-\>subl, 地址\-\>subg);
  • 循环会变成goto的方式实现;
  • 函数的调用变成了使pc指针移动到被调方函数的地址;

由以上第四条可知,函数的调用依赖于被调函数的地址,编译后的文件可以使用nm xxx.o来查看所有函数的地址和函数名的对应情况,在链接之前可以看到此时有的函数名还没有对应的地址,而将这些函数名和地址关联起来的操作就是链接阶段要做的事,在链接阶段无法为主调方找到被调方函数地址时就会报链接错误。

2. gcc编译器

1. 预处理指令

  • #include:引入头文件

  • #define:定义宏常量和宏函数

  • #if:根据指定条件判断是否编译后续代码块(可作为测试代码开关

    c 复制代码
    // 使用示例:
    #define DEBUG 1
    #if DEBUG
        // Debugging code
        printf("Debug mode is active.\n");
    #endif
  • #ifdef:判断某个标识符是否已经定义(可作为测试代码开关

    c 复制代码
    #ifdef ON //表示如果定义了ON,或命令行编译时用-D传了ON,就执行下面的输出
        printf("ON is defined!\n");
    #else
        printf("ON is not defined!\n");
    #endif
        printf("main exit\n");

    可以在命令行定义预处理器宏gcc -o test test.c -DON

  • #ifndef:判断某个标识符是否没有已经定义(可用于头文件保护

    c 复制代码
    #ifndef TEST_H
        #define TEST_H
    #endif
  • #endif:结束条件编译的代码块

2. gcc常用指令

补充

列出所有函数:nm test.o

查看可执行程序链接了哪些库:ldd test

  • 预处理:

    c 复制代码
    gcc -E test.c -o test.i
  • 编译:

    c 复制代码
    gcc -S test.c -o test.s
  • 汇编:

    c 复制代码
    // 方式一:从汇编文件到机器码文件
    as test.s -o test.o
    // 方式二:从预处理文件到机器码文件
    gcc-13 -C test.i -o test.o
    // 方式三:从源文件到机器码文件
    gcc-13 -C test.c -o test.o
  • 链接:gcc -o test test.c 输出可执行文件

    c 复制代码
    // 方式一:编译+链接(从源文件到可执行文件)
    gcc -o test test.c
    // 方式二:链接
    gcc -o test test.o
    // 方式三:指定链接路径
    gcc test1.o -o test1 -ladd
    // 还可以使用ld命令可以调用静态链接器
    ld test.o [其他系统库文件] -o test
  • 定义宏:

    c 复制代码
    gcc test1.o -o test1 -D DEBUG
  • 制定优化级别:

    c 复制代码
    gcc test1.o -o test1 -O0 // 推荐O1级别
  • 为gdb补充符号信息:

    c 复制代码
    gcc test1.o -o test1 -O0 -g // 要用gdb调试时最好指定不优化,避免机器码和代码不一致影响调试
  • 提示警告:

    c 复制代码
    gcc test1.o -o test1 -Wall // 注意Wall是大写W
  • 指定头文件搜路径:

    c 复制代码
    gcc test1.o -o test1 -I "../h" //默认从当前路径下搜索

3. gdb调试

补充

用gdb调试时,传递命令行参数的两种方式:

  • 方式一:进入gdb后:用set args xxx
  • 方式二:进入gdb前:使用gdb --args test xxx启动

1. 常用指令

  1. 用-g生成可执行文件:gcc --o test test.c -O0 --g

  2. 进入调试器:gdb test

  3. 显示代码:

    • 默认显示:l/list //默认显示10行
    • 显示指定信息:l/list [文件名:]行号or函数名 //[]表示可有可无
  4. 运行:r/run

  5. 退出:q/quit

  6. 断点相关:

    • 设置断点:b/break 4 //在第四行设置断点
    • 列出断点:i b/info break // 查看断点号
    • 删除断点:delete 断点号
    • 停止断点:disable 断点号
    • 激活断点:enable 断点号
  7. 跳转:

    • 下一步不进入函数:n/next //F10
    • 下一步进入函数:s/step //F11
    • 到下一个断点:c/continue
    • 跳出当前函数:finsh
  8. 查看信息:

    • 打印变量:p/print
    • 自动显示的表达式内容:display 表达式 (自动显示内存:display /1xw &i``)
    • 停止显示某个表达式:undisplay 表达式 或者 undisplay 编号(通过info display查看编号)
    • 查看调用堆栈:b t/back trace
    • 查看内存:x<n/f/u> //n表示内存的长度 f表示内存的格式 u表示内存的单位
    • 清空信息: Ctrl + L 组合键,或者输入 shell clear 命令(shell命令用于调用系统断点shell

2. 调试core文件

  1. 启用 core 文件自动生成
    • 查看core文件是否存在限制:ulimit -a
    • 关闭限制:ulimit -c unlimited
  2. 运行程序并生成 core 文件
    • 如果未生成,则使用man core查看帮助文档解决;
  3. 使用 GDB 调试 core 文件:gdb test core;
  4. 查看调试信息
    • 查看调用栈:bt
    • 查看栈帧信息:frame 0
    • 显示寄存器的值:info registers
    • 分析内存:x

4. 静态库和动态库

库文件其实就是别人造好的"轮子",别人写好并编译好后给用户使用的二进制代码。

静态库文件在程序的链接阶段被需要,而动态库文件在程序运行过程中也被需要。

1. 静态库

在程序链接阶段,库文件会被打包进最终的可执行程序。

gcc编译时,如果存在同名的动态(.so)和静态(.a)库文件,默认是使用动态文件,此时要使用静态库文件就必须要使用-static参数指定优先静态链接,如果找不对应的\.a文件会链接失败。

特点:省心,但体积大且更新不方便。

打包命令

sh 复制代码
// 1. 得到编译后的机器码文件
gcc -c add.c -o add.o 
// 2. 生成静态库文件(库文件必须以lib开头)
ar crsv libadd.a add.o
// 3. 将静态库文件移动到"/usr/lib"或"/usr/local/lib"下,推荐前者
sudo mv libadd.a /usr/lib
// 4. 使用即可
gcc main.o -o main -ladd

2. 动态库

链接阶段不打包进程序,在程序运行时加载。

特点:体积小、更新方便(动态更新),但容易存在依赖问题。

打包命令

sh 复制代码
// 1. 生成位置无关的目标代码,使用-fpid(Position Independent Code)
gcc -c add.c -o add.o -fpic
// 2. 生成动态库文件(库文件必须以lib开头)
gcc -shared add.o -o libadd.so
// 3. 将静态库文件移动到"/usr/lib"或"/usr/local/lib"下,推荐前者
sudo mv libadd.so /usr/lib
// 4. 使用即可
gcc main.o -o main -ladd

3. 产品动态更新

原理:利用版本号和软连接实现

  • 第一步:生成带版本好的.so动态库文件,如:libadd.so.0.0.0、libadd.so.0.1.0
  • 第二步:建立最新版本的软连接,sudo ln -s libadd.so.0.1.0 libadd.so
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