Linux下gcc编译，动态库和静态库，makefile，gdb调试

1.编译过程

1.1 预处理(Pre-Processing)

　　展开头文件， 宏替换（变量宏、函数宏）、替换空格等

gcc -E hello.c  -o hello.i     // -E 预处理选项, -o 重命名

1.2 编译(Compilation)

　　逐行检查程序中出现的语法错误，简单的逻辑错误

gcc -S hello.i -o hello.s

1.3 汇编(Assemble)

　　将 .s 汇编文件中所有的汇编指令翻译成二进制机器码（下面就是来了个截图，二进制显示了乱码）

gcc -c hello.s -o hello.o

1.4 链接(Linking)

　　将 .o 的目标文件，链接库文件、数据段合并，地址回填（把汇编里相对地址替换成程序运行后真正可以运行的地址）。生成可执行文件 hello

gcc hello.o -o hello

1.5 gcc常用参数

-E // 展开头文件
-s // 生成汇编文件
-c // 编译生成2进制文件
-I // 指定头文件路径 大i
-L // 指定库文件路径
-l // 指定库名 小L
-g // 包含调试信息
-On // n取 0-3, n 越大优化级别越高
-Wall //warning all 显示所有警告
-D // 编译时动态注入一个宏, 编译的时候控制#define的具体数值

2.动态库和静态库

2.1 函数库

　　本质：把具有相同功能的一组函数放到同一份文件中（源码或二进制的形式）

2.2 静态库

　　对执行速度有要求

• 机制：把引入的库文件通过编译直接复制到 .out 文件中
• 优点：将函数库中的函数本地化，寻址方便，速度快（函数库执行效率 = 自定义函数的执行效率）
• 缺点：每个程序都需要复制一份，会浪费内存

　　制作静态库：

gcc -c add.c sub.c mul.c    // 制作 .o 文件
ar rs libmymath.a add.o sub.o mul.o    // 制作静态库
gcc hello.c -L ./ -lmymath -o app    // 指定头文件路径, 指定库名, 设置文件输出名app

2.3 动态库

　　对执行速度不敏感，对系统资源敏感；更新比较频繁（可以避免完全重新编译）

• 机制：代码共享
• 优点：节省内存（共享）、易于更新（动态链接）
• 缺点：相较于静态库函数调用速度慢，函数地址是延时绑定机制

gcc -c -fPIC add.c sub.c mul.c    // -fPIC生成与位置无关的目标文件
gcc -shared -o libmymath.so sub.o mul.o add.o    // 生成一个动态库
gcc hello.c -o app -L ./lib -l mymath -I ./inc    // 生成文件

　启动 ./app 报错，错误原因：”动态链接器“ ld-linux-x86-64.so.2 搜索动态库的路径没有指定

　　链接器：工作于 gcc 编译过程中的链接阶段。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

　解决办法：

　　环境变量法：export LD_LIBRARY_PATH=./lib 将当前动态库所在的目录加入到环境变量，终端退出后环境变量就会失效

　　配置文件法：vi .bashrc 加入一行 export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:./lib，重启终端，每次启动终端自动生效

　　拷贝法：把自己的动态库直接拷贝到 /lib 或 /usr/lib 中

　　缓存文件法（推荐）：修改配置文件，修改缓存文件，生成动态链接器需要搜索的新目录位置

sudo vim /etc/ld.so.conf    // 修改动态链接库的路径
// 将绝对路径增加到文件中
sudo ldconfig -v    // 更新 ld.so.cache 该文件影响动态链接库搜索的位置

3.makefile

3.1 语法

　目标：依赖条件

　tab缩进，指令

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

　模式规则：在makefile中，具有有严格统一的规则，使用模式规则代替，模式规则中只能使用 $< 符号

%.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

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

　伪目标：针对残缺的规则，使之生成目标（比如有一个clean.o文件已经是最新的，就不会执行clean清除命令

.PHONY:clean ALL

3.2 函数介绍

3.2.1 wildcard 函数

// 匹配当前工作目录下的所有 .c 文件，将文件名组成列表，赋值给 src 变量
// src = add.c sub.c mul.c hello.o
src = $(wildcard ./*.c)

3.2.2 patsubst 函数

// 用来替换参数, 将 参数3 中包含 参数1 的部分替换为 参数2
// obj = add.o sub.o mul.o hello.o
obj = $(patsubst %.c, %.o, $(src))

3.3 普通变量和自动变量

　普通变量

• 定义变量语法：变量名 = 变量值     （foo = abc)
• 取变量值语法：$(变量)           (bar = $abc ---> bar = abc)

　自动变量

• $@: 在规则的命令中，表示规则中的目标
• $^ : 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。如果该变量应用在”模式规则“中，它可以将依赖条件列表中的每一个依赖，依次取出，套用模式规则

3.4 关键字

　　ALL: 默认情况下第一组生成文件的目标就是终极目标，或者显示的写ALL:hello表示终极目标，完成后结束makefile

　　clean: 借助makefile清除项目中的指定文件，例如(clean: -rm -rf $(obj) hello

　　指令 make -n 模拟执行命令，不真正执行，可以先看一次避免出问题

3.5 修改后的 makefile

src = $(wildcard *.c)
obj = $(patsubst %.c, %.o, $(src))

CC = gcc
target = app

ALL:$(target)

$(target):$(obj)
    $(CC) $^ -o $@

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

clean:
    -rm -rf $(obj) $(target)

.PHONY:clean ALL

4. gdb调试

4.1 基础指令

　基础的断点设置和继续运行等指令

• -g：使用该指令编译可执行文件，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表示从第一行开始显示源码
• b：b 55 在第55行添加断点
• run/r：运行程序，启动调试（可以直接找到停止位置就是出错位置）
• next/n：下一条指令（越过函数）
• step/s：下一条执行（进入函数内部）
• print/p：打印变量值，如p var 查看 var 变量的值
• continue：执行到下一个断点
• finish：结束当前函数调用
• quit：退出调试
• start：不使用断点，直接开始单步调试

　设置一些条件和查看栈帧及变量

• set args：启动gdb调试后，通过该指令可以设置main函数的参数，需要在start和run指令之前设置
• info b：查看当前断点信息表
• b 23 if i=5：设置断点在23行，如果 i=5 时断点才生效
• ptybe：查看变量类型
• display：设置跟踪变量，display i，跟踪变量 i
• undisplay：取消跟踪变量
• bt：列出当前程序存活的栈帧
• frame：如果有多层调用，在内层想查看外层栈帧里的参数，使用 frame n (n 是栈帧编号）切换栈帧，再使用 p var 打印变量