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。
在这里插入图片描述

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）

// 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）

#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）
```
#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：
```
gcc -E test.c -o test.i
```
编译：
```
gcc -S test.c -o test.s
```

汇编：

// 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

// 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：
```
gcc test1.o -o test1 -D DEBUG
```

制定优化级别：

gcc test1.o -o test1 -O0 // 推荐O1级别

为gdb补充符号信息：

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：

gcc test1.o -o test1 -Wall // 注意Wall是大写W

指定头文件搜路径：

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

用-g生成可执行文件：gcc –o test test.c -O0 –g
进入调试器：gdb test
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
运行：r/run
退出：q/quit
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
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
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

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；
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；
使用 GDB 调试 core 文件：gdb test core;
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：

// 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：

// 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