文件编译、调试及库制作

文章目录

rwx对于目录和文件的区别
gcc编译器
- 编译过程
- gcc的其他参数
动态库和静态库
- 函数库
- 静态库
- - 简述
  - 制作
- 动态库（共享库）
makefile
gdb调试器

rwx对于目录和文件的区别

	文件	目录
r	文件的内容可以被查看。cat、more、vim	目录的内容可以被查看。ls、 tree
w	文件的内容可以被添加、修改、删除。vim、>、>>	目录的内容可以被添加、修改、删除。rm、touch、mv、cp
x	可执行、可运行。（可执行程序、脚本	该目录可以被进入。cd

gcc编译器

编译过程

预处理：预处理器。
- 将源文件，展开头文件，替换宏（变量宏、函数宏）、替换空行、空格、table。
- gcc -E hello.c -o hello.i
  - -E：预处理选项
  - -o：重命名
编译：编译器。（所有编译过程中，最耗时）
- 逐行检查程序中出现的语法和词法错误，简单的逻辑错误。（编译过程中，最耗时）
- gcc -S hello.i -o hello.s
  - -S：编译选项，如果编译无误。生成 .s 汇编文件。
汇编：汇编器。
- 将 .s 汇编文件中的所有汇编指令，翻译成二进制机器码。
- gcc -c hello.s -o hello.o
  - -c：汇编选项。无错误检查。机械翻译。
链接：链接器。
- 将 .o 的目标文件，链接库文件，数据段合并，地址回填。生成可执行文件。
- gcc hello.o -o hello
  - 此过程无专用参数。

gcc的其他参数

-c：只生成目标文件。（过程包含：预处理、编译、汇编）
-v：查看 gcc 版本。
-I（大i）：指定文件所在的目录位置。
-L：指定库文件所在的目录位置。
-l（小L）：指定库名。（去掉前缀 lib 和后缀 .so或 .a）
-g：使用 gdb 调试前，编译程序添加。加 -g 编译的可执行文件，带有调试表。给 gdb 提供调试环境。
-Wall：显示所有的警告信息。
-D：在编译期间动态的向程序中注册变量宏。
- 例：gcc -o test test.c -D MAX=10

动态库和静态库

函数库

本质：一组函数。具有相近功能或操作同一数据结构。
- <string.h>:strcpy/strcmp/strcat/strlen...
- 自定义库：<mysort.h>:bubble_sort/select_sort/quick_sort/insert_sort...
作用：
1. 代码复用。
2. 程序积累。
发布形式：
1. 源码形式：
  - 优点：方便使用者学习和使用
  - 缺点：1. 保密性差。2. 编译程序耗时。3. 编译受平台、版本限制。
2. 二进制形式：
  - 优点、缺点，与上述相反。

静态库

简述

机制：在编译程序时，复制静态库的代码片段到可执行程序中。
优点：将函数库中的函数本地化，寻址方便，速度快。（库函数执行效率 = 自定义函数执行效率）
缺点：消耗系统资源大，每个使用静态库的程序都要复制一份静态库，浪费内存。
使用场景：多用于核心程序，保证时效性，可以忽略空间。
静态库使用的原理：

制作

生成 .o 目标文件。

shell 复制代码

gcc add.c sub.c mul.c -c  -->add.o sub.o mul.o

制作静态库

shell 复制代码

ar rcs lib静态库名.a add.o sub.o mul.o
#ar：制作静态库的工具，gcc 不具备制作静态库功能
#r：更新。c：创建（可省）。s：建立索引。
#静态库库名，必须 lib 开头，以 .a 结尾。

使用静态库

shell 复制代码

gcc ./src/hello.c -o app -L ./ -l mymath -I ./inc

查看静态库

shell 复制代码

使用file lib静态库库名.a 查看。
file libmymath.a

动态库（共享库）

简述

机制：代码共享。
优点：节省内存（共享）、易于更新（动态链接）。
缺点：相较于静态库而言，函数调用速度慢（函数地址延时绑定）
使用场景：
1. 对程序执行速度要求不是很强烈，而对系统资源有一定要求的场景。
2. 对应更新比较频繁的程序。
  - 停止运行程序。
  - 使用新库覆盖旧库（保证新库、旧库名称一致。接口一致。）
  - 重启程序。

重点强调

动态库是否加载到内存，取决于"程序是否运行"。
动态库加载到内存的位置不固定。

制作

生成与位置无关的目标文件
shell 复制代码
```
gcc -fPIC -c add.c mul.c sub.c
```

制作动态库

shell 复制代码

gcc -shared -o libmymath.so add.o sub.o mul.o

测试使用动态库

shell 复制代码

gcc hello.c -o app -L ./lib -l mymath -I ./inc

查看动态库
shell 复制代码
```
file libmymath.so
```
启动程序 ./app --->报错
- 错误原因："动态链接器"搜索动态库的路径没有指定。
  - 链接器：工作于 gcc 编译四过程中的"链接阶段"。工作结束后，生成可执行文件。
  - 动态链接器：工作于可执行程序运行之后，辅助加载器负责将动态库加载到内存。
解决上述错误：基本思想：给动态链接器指定动态路径。
1. 环境变量法：export LD_LIBRARY_PATH=./lib
  - 将当前动态库所在目录加入到环境变量中。
  - 终端一旦退出，环境变量的修改无效。
2. 配置文件法：将上述修改环境变量的指令，写入到 ~/.bashrc 中
  - 每次启动终端，自动生效
  shell 复制代码
```
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH: ./lib
```
3. 拷贝法：受程序使用 libc 库的启发，将自定义的 libmymath.so 文件拷贝到 /lib 或 /usr/lib 中
  - 为了执行用户自定义程序，需要修改系统配置。
4. 【推荐使用】缓存文件法：通过修改配置文件，修改缓存文件，生成动态链接器需要搜寻的新目录位置。
  - 打开配置文件：sudo vim /etc/ld.so.conf
  - 修改配置文件：将动态库的绝对路径添加到 /etc/ld.so.conf 文件中。
  - 使用命令 sudo ldconfig -v 动态更新 ld.so.cache 。该文件直接影响动态链接器搜索动态库位置。

makefile

作用：进行项目管理。
初步学习：1个规则、2个函数、3个自动变量。

makefile的规则

语法：

makefile 复制代码

目标：依赖条件
	命令

目标的时间必须晚于依赖条件的时间，否则更新目标。
依赖条件如果不存在，寻找新的规则去产生依赖条件。

makefile 复制代码

hello:hello.o add.o sub.o mul.o
	gcc hello.o add.o sub.o mul.o -0 hello
hello.o:hello.c
	gcc -c hello.c -o hello.o
sub.o:sub.c
	gcc -c sub.c -o sub.o
add.o:add.c
	gcc -c add.c -o add.o
mul.o:mul.c
	gcc -c mul.c -o mul.o

2个函数

makefile 复制代码

wildcard 函数：用来匹配
src = $(wildcard ./*.c) ：匹配当前工作目录下所有的.c文件，将文件名组成列表，赋值给变量 src
相当于：src = add.c sub.c mul.c

patsubst 函数：用来替换
obj = $(patsubst %.c, %.o, $(src)) ：将参数3中包含参数1的部分，替换为参数2
相当于：obj = add.o sub.o mul.o

3个自动变量

普通变量（自定义变量）

定义变量语法：变量名 = 变量值（都是字符串）
- 举例：foo = abc
取变量值语法：$(变量)
- 举例：bar = $(foo) ----> bar = abc

自动变量

$@：在规则的命令中，表示规则中目标。
$^：在规则的命令中，表示所有依赖条件。
$<：在规则的命令中，表示第一个依赖条件。如果将该变量应用在"规则模式"中，它可以将依赖条件中的每一个依赖，依次取出，套用规则模式。

其他关键字

ALL：
- 用来给 makefile 文件指定"终极目标"。
- makefile 文件，默认的规则为：从上而下，碰到的第一个规则中的目标为"终极目标"。我们可以使用 ALL 指定终极目标。
clean：
- 用来借助 makefile 清除项目中的指定文件。如：*.o、a.out
- 举例：
  makefile 复制代码
```
clean:
	-rm -rf $(obj) a.out
```

模式规则

可以将 makefile 文件中，具有严格统一形式的规则，使用模式规则代替。要求模式规则中，只能使用"$<"符号。

makefile 复制代码

%.o:%.c
	gcc -c $< -o $@

静态模式规则：
- 将模式规则指定给某一个变量使用。

makefile 复制代码

$(obj):%.o:%.c
	gcc -c $< -o $@

伪目标

针对残缺的规则，也能使之生成目标。

makefile 复制代码

.PHONY:clean ALL

其他参数

-n：模拟指定 makefile 不真正执行。
-f：指定命名为非"makefile"的文件，执行 make 命令。

gdb调试器

要求

只能用来调试逻辑错误。
必须添加 -g 参数，使用 gcc 编译生成的可执行文件，才能调试。

基础指令

-g：必须使用该参数编译可执行文件，否则没有调试表。
gdb ./a.out
list：list 1 列出源码，根据源码指定行号设置断点。1代表从1行开始。
b：b 55 表示在第55行添加断点。
run/r：运行程序，启动调试。
- 代码会自动运行，停止在断点处，断点对应的代码行没有执行。
n/next：下一条指令（越过函数，不进入函数）
s/step：下一条指令（进入函数）
p/print：打印变量值。如：p var ------查看变量var的值。
continue：继续执行断点后续命令。
finish：结束当前函数调用。
quit：退出当前 gdb 调试。

其他指令

start：不使用断点，直接启动程序，开始单步调试。
run/r：找出程序中出现段错误的位置。用法：gdb 启动调试，直接 run 。停止的位置就是出现段错误的位置。
设置 main 函数命令行参数：
1. set args 参1 参2 参3... （在 start/run 之前设置）
2. run 参1 参2 参3...
info b：查看断点信息
b 23 if i = 5 ：设置条件断点。只有满足该条件时，短点才生效。
delete 1：删除编号为1的断点。
ptype：查看变量类型。
display：设置跟踪变量。如：display i 跟踪变量i。
undisplay：取消跟踪变量。如：undisplay 2
bt：列出当前程序正存活着的栈帧。
frame：根据栈帧编号切换栈帧。