Linux —《开发三件套：gcc/g++、gdb、make/Makefile 全解析》

一、编译器gcc/g++的使用
- [1. 四大编译阶段](#1. 四大编译阶段)
- [2. 动静态库链接（了解）](#2. 动静态库链接（了解）)
二、调试器gdb的使用
三、Linux项目自动化构建工具make/Makefile
- [1. make和makefile是什么？](#1. make和makefile是什么？)
- [2. makefile语法结构](#2. makefile语法结构)
- [3. make的核心工作原理](#3. make的核心工作原理)

一、编译器gcc/g++的使用

1. 四大编译阶段

预处理：进行宏替换，头文件展开，去注释，条件编译等
编译：语法/语义的检查，生成汇编代码
汇编：汇编器将汇编转为机器码（二进制目标文件）
链接：合并目标文件，解析库引用，形成可执行程序

阶段	操作	说明
预处理	`gcc -E test.c -o test.i`	从当前文件test.c开始进行程序的翻译，预处理完成就停下形成`.i`文件
编译	`gcc -S test.i -o test.s`	从当前文件test.i开始进行程序的编译，编译完成就停下，形成`.s`文件
汇编	`gcc -c test.s -o test.o`	从当前文件test.s开始进行程序的翻译，汇编完成就停下，形成`.o`文件
链接	`gcc test.o -o my.exe`	从当前目标文件test.o开始编译形成可执行程序my.exe

表中形成.iso文件时，起点文件都可以是源文件test.c

指令解释：

bash 复制代码

#.c/.cpp -> .i -> .s -> .o -> 可执行程序
-E #只预处理 .i
-S #只编译到汇编 .s
-c #只汇编到目标文件 .o
-o #指定输出文件的名称（起名字）
gcc test.c -o my.exe #将源文件test.c直接编译成可执行程序my.exe

2. 动静态库链接（了解）

静态库：后缀为.a，命名格式为 libxxx .a（例如：libc.a 是C标准库静态版）

动态库：后缀为.so，命名格式为 libxxx .so（例如：libc.so 是C标准库动态版）

链接：是把多个.o文件+库文件合并，最终编译成可执行文件

动静态库都只在链接阶段参与编译过程，区别在于连接器对于它们的处理方式

静态库链接
链接时机：在链接阶段就完成全部的拷贝动作
核心动作：链接器会把静态库中你程序调用的代码，直接拷贝进你的可执行文件里
结果：造成可执行文件的体积变大，运行时不在需要.a文件，因为已经拷贝进可执行文件中了，也不再依赖外部库

bash 复制代码

gcc test.c -o test_static -static #带上-static选项强制让链接器优先使用静态库

动态库链接

链接时机：链接阶段只 "登记"，运行时才加载

2.1 编译链接阶段：

检查库中函数的声明是否匹配，保证语法正确
在可执行文件里记录依赖信息（需要的库），不拷贝任何库代码

2.2 程序运行阶段：加载所依赖的库，由系统的动态链接器，根据可执行文件里的记录，找到并加载.so文件到内存中，多个程序可以共享同一份库代码，节省内存

bash 复制代码

gcc test.c -o mytest.exe #不加任何选项，gcc默认优先使用动态库

动静态库链接的对比

特性	静态库(.a)	动态库(.so)
编译阶段的链接行为	直接把库代码拷贝进可执行文件中	只记录依赖关系，不拷贝代码
库文件参与阶段	仅参与链接阶段	参与链接阶段+运行阶段
运行时是否需要库文件	不需要，可执行文件独立	必须存在，否则程序无法启动
可执行文件的体积	大	小
库更新影响	库更新后，程序需要重新编译	替换库文件即可，程序无需重新编译

二、调试器gdb的使用

前提：gdb调试需要调试信息，所以在编译命名必须加-g

bash 复制代码

gcc test.c -o testexe -g #带上-g选项才会有调试信息，不加的话，gdb看不到代码行，变量，没法调试
gdb ./testexe 	#启动调试程序

核心调试流程
打断点 -> 运行 -> 单步运行 -> 查变量 -> 继续/退出

断点操作

复制代码

b 行号				# 在指定行打断点（例如：b/break 5）
b 函数名				# 在函数开头打断点（例如：b/break main）
info b				# 查看所有断点（例如：info b/break)
d 断点编号			# 删除断点（例如：delete/del/d 5）
disable 断点编号		# 临时禁用该断点 （例如：disable 5）
enable 断点编号		# 重新启用被禁用的断点（例如：enable 5)

变量的查看与修改

复制代码

p 变量名			# 打印变量当前的值 p/print 变量名 （例如：p/print a）
p 变量名 = 新值	# p a=100 把变量a的值改成100

#也可以调用函数查看返回值
p func(参数)		# p add(1,2)调用add函数，传入1，2查看返回值

dispaly 变量名	# 每次程序暂停（单步，断点）时，自动显示该变量的值，该功能等价于vs的监视窗口查看变量的动态变化（例如：display a）
undisplay		# 取消所有的变量跟踪
undisplay 编号	#取消指定编号的变量跟踪（编号可通过info display查看）
info locals		# 查看当前栈里面所有的局部变量的值

辅助操作

复制代码

r/run			# 运行
l/list			# 查看代码，默认查看前10行，要查看全部代码一直按回车即可
l/list 行号		# 显示当前行附近的代码
l/list 函数名	#列出函数的源代码
n/next			# 单条执行，不进入函数内部
s/step			# 单步执行，进入函数内部
finish			# 执行到当前函数返回，然后停下来等待命令

q/quit			# 退出调试
Crtl + d 		# 退出调试

示例：解释finish的用法

c 复制代码

//finish使用的场景：
int add(int x,int y)
{
	return x+y;
}
int main()
{
	int sum=0;
	sum=add(1,2);
	printf("sum=%d",sum);
	return 0;
}

当单步执行到add函数内部时，此时使用finish可以执行完add函数返回它的结果，并停留在调用处的下一行

总结：finish的功能是：执行完当前函数的剩余代码，返回到调用它的上一层函数，并暂停。它帮你跳过了函数内部剩下的所有步骤，不用再一步步 n/s 往下走。同时还会自动告诉你函数的返回值，非常方便。

三、Linux项目自动化构建工具make/Makefile

1. make和makefile是什么？

make ：是一个命令行工具，用来自动化构建项目，根据makefile里面的规则，自动执行编译、链接、清理等操作
makefile/Makefile ：是一个文本文件，定义了项目的目标、依赖关系和构建命令，让make知道这么生成目标文件
核心作用：自动化构建+增量编译（只编译修改过的文件，提高效率）

2. makefile语法结构

基本规则

makefile 复制代码

目标文件: 依赖文件列表
	构建命令（必须以Tab键开头）

执行命令
make 		#默认执行第一个目标
make 目标名	#执行指定目标（例如：make clean）

例如：

bash 复制代码

mytest : test.c
	gcc -o mytest test.c
.PHONY : clean
clean:
	rm -f mytest

mytest：目标文件（可执行程序的名字）
test.c：依赖文件（生成目标文件所需要的源文件）
gcc -o mytest test.c：构建命令（如何从依赖生成目标）
.PHONY:clean：声明clean是伪目标，避免和当前目录下名为clean的文件冲突
clean：伪目标，用来清理文件，不生成任何实际文件
rm -f mytest：伪目标的下的操作

tips ：.PHONY:clean就是告诉make，clean不是文件，是一个伪目标，每次执行make clean都必须执行对应的命令，不管有没有同名文件

3. make的核心工作原理

增量编译的核心：时间戳对比

make会比较目标文件和依赖文件的最后修改时间：
- 如果目标文件不存在，则执行命令生成目标
- 如果目标文件存在，但依赖文件的修改时间比目标文件更新。则执行命令重新生成目标文件
- 如果目标文件存在，且所有依赖文件都比目标文件旧。则不执行任何命令，直接跳过
  这就是为什么修改了.c文件后，make会重新编译，没修改时，make不会重新编译，大幅度提高效率
依赖项的自动推导

make会从目标文件出发，递归解析依赖关系，构建出完整的依赖链，自动按顺序执行所有必要的构建步骤

示例：

make会自动按照依赖顺序执行，一步到位生成可执行文件，但有个前提，目标文件必须是可执行文件的名字，后面的顺序无所谓，目标必须要对
简化写法

用变量简化重复的代码，让makefile更容易维护

版本1：

bash 复制代码

testexe : test.c
	gcc -o $@ $^
.PHONY:clean
clean:
	rm -f testexe

版本2：

bash 复制代码

bin = testexe
src = test.c
$(bin):$(src)
	gcc -o $@ $^
.PHONY:clean
clean:
	rm -f $(bin)

$@：表示当前规则的目标文件（也就是$(bin)，说白了就是testexe)
$^：表示依赖文件（也就是$(src)，说白了就是test.c)

用变量的形式写，修改起来会很方便