C/C++程序的编译和调试，及Makefile用法

青旅半醒 2023-07-23 06:59 93阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  1 编译源程序
 *   *  1.1 什么是gcc
     *  1.2 gcc编译C程序的过程
     *  1.3 使用gcc编译只有一个源文件的C程序
 *  2 使用Makefile编译多个源文件的C程序
 *  3 使用gdb调试程序
 *   *  3.1 断点
     *  3.2 栈帧
     *  3.3 显示变量

# 1 编译源程序 #

这里以C程序为例。

## 1.1 什么是gcc ##

原名为**GNU C语言编译器**（GNU C Compiler），因为它原本只能处理C语言。GCC在发布后很快地得到扩展，变得可处理C++。之后也变得可处理Fortran、Pascal、Objective-C、Java、Ada，Go与其他语言。

后更名为**GNU编译器套装**（GNU Compiler Collection），指一套编程语言编译器，以GPL及LGPL许可证所发行的自由软件，也是GNU计划的关键部分，是GNU工具链的主要组成部分之一。

## 1.2 gcc编译C程序的过程 ##

总共分为四个阶段：`预处理、编译、汇编、链接`  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjI1MDMwMg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

*  预处理：展开以\#起始的行，如处理宏定义\#define、源文件包含\#include、条件编译\#if/\#ifdef/\#ifndef/\#else/\#elif/\#endif……
 *  编译：进行词法、语法分析等
 *  汇编：将编译生成的汇编代码转变成目标代码
 *  链接：链接所有目标代码生成可执行文件

## 1.3 使用gcc编译只有一个源文件的C程序 ##

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>选项</th> 
   <th>作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>-E</td> 
   <td>仅执行预编译</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-S</td> 
   <td>仅执行汇编</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-c</td> 
   <td>仅执行编译，不进行链接</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>-o 文件名</td> 
   <td>生成名为 文件名 的文件</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

语法格式：`gcc (选项)(参数)`

main.c

#include <stdio.h> 
    
    int main(int argc, char const *argv[])
    { 
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        { 
            printf("Hello World!\n");
        }
        
        return 0;
    }

1、直接生成可执行文件

PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> gcc .\main.c -o main
    PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> .\main.exe
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!

2、分步编译。执行相应的命令会生成对应的中间文件

PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> gcc -E .\main.c -o .\main.i
    PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> gcc -S .\main.i -o .\main.s
    PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> gcc -c .\main.s -o .\main.o
    PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> gcc .\main.o -o .\main
    PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> .\main.exe
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!

# 2 使用Makefile编译多个源文件的C程序 #

使用Makefile可以较为方便的编译有多个源文件的程序，不使用Makefile的话，需要先将每个源文件分别编译，最后再链接到一起，这样比较麻烦。

hello.h

#ifndef HELLO_H_
    #define HELLO_H_
    
    #include<stdio.h>
    
    void PrintHello();
    
    #endif

hello.c

#include "hello.h"
    
    void PrintHello()
    { 
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        { 
            printf("Hello World!\n");
        }
    }

main.c

#include "hello.h"
    
    int main(int argc, char const *argv[])
    { 
        PrintHello();
        return 0;
    }

**1、不使用Makefile**

一次编译所有源文件

PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> gcc .\main.c .\hello.c -o main
    PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> .\main.exe
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!

单独编译每个源文件

PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> gcc -c .\main.c -o main.o
    PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> gcc -c .\hello.c -o hello.o
    PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> gcc .\main.o .\hello.o -o main
    PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> .\main.exe
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!

**2、使用Makefile**

Makefile语法规则

target ... : prerequisites ...
    	command
    	...
    	...

注意：在Makefile中的命令，缩进必须要以 `Tab` 键开始；而注释以`#`开始；文件名应为`Makefile`或`makefile`，`Makefile`是更为标准的写法

*  target可以是一个object file(目标文件)，也可以是一个执行文件，还可以是一个标签（label）。
 *  prerequisites是要生成那个target所需要的文件或是目标。
 *  command也就是make需要执行的命令。

这是一个文件的依赖关系，也就是说，**target这一个或多个的目标文件依赖于prerequisites中的文件，其生成规则定义在 command中**。说白一点就是说，**prerequisites中如果有一个以上的文件比target文件要新的话，command所定义的命令就会被执行。这就是makefile的规则**。也就是makefile中最核心的内容。根据上述规则，就可以写出Makefile了：

main: main.o hello.o
    	gcc main.o hello.o -o main
    main.o: main.c hello.h
    	gcc -c main.c
    hello.o: hello.c hello.h
    	gcc -c hello.c
    clean:
    	rm main.exe *.o

生成 main.exe 要依赖 main.o hello；生成 main.exe 的规则是 gcc main.o hello.o -o main  
生成 main.o 要依赖 hello.h main.c；生成 main.o 的规则是 gcc -c main.c  
生成 hello.o 要依赖 hello.h hello.c；生成 hello.o 的规则是 gcc -c hello.c  
clean : 删除中间文件 \*.o 和执行文件

每个Makefile中都应该写一个清空目标文件（ .o 和执行文件）的规则，在不需要这些文件的时候，只需要执行`make clean`就行了。这不仅便于重编译，也很利于保持文件的清洁。

PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> make
    gcc -c main.c
    gcc -c hello.c
    gcc main.o hello.o -o main
    PS F:\program_files\workspace\vscode\c\hello> .\main.exe
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!
    Hello World!

# 3 使用gdb调试程序 #

`test.cpp`

#include <iostream>
    #include <iterator>
    using namespace std;
    
    void select_sort(int array[], int len);
    void traverse(int array[], int len);
    
    int a[] = { 3, 55, 0, 1, -4};
    int main(void)
    { 
    
        int a[] = { 9, 22, 33, 11, 3};
        int len = sizeof(a) / sizeof(int);
        select_sort(a, len);
        select_sort(::a, len);
        traverse(a, len);
        traverse(::a, len);
    
        return 0;
    }
    void select_sort(int array[], int len)
    { 
        int i, j, k;
        int a[] = { 109, 422, 4, 1, 0};
        for (i = 0; i < len; i++) { 
            k = i;
            for (j = i; j < len; j++) { 
                if (array[j] < array[k]) { 
                    k = j;
                }
            }
            int temp = array[k];
            array[k] = array[i];
            array[i] = temp;
        }
    }
    void traverse(int a[], int len)
    { 
        for (int i = 0; i < len; i++) { 
            cout << a[i] << ' ';
        }
        cout << endl;
    }

PS C:\Users\fy\Desktop> g++ -g test.cpp -o test
    PS C:\Users\fy\Desktop> gdb -q test.exe

执行上述命令后通过`run [args]`命令开始调试，操作完成后通过`q`命令退出调试。

## 3.1 断点 ##

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">功能</th> 
   <th align="left">命令</th> 
   <th align="left">简写</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">1、设置断点</td> 
   <td align="left">break 函数名</td> 
   <td align="left">b 函数名</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left">break 行号</td> 
   <td align="left">b 行号</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left">break 文件名:函数名</td> 
   <td align="left">b 文件名:函数名</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left">break 文件名:行号</td> 
   <td align="left">b 文件名:行号</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">2、查看所有断点</td> 
   <td align="left">info breakpoints</td> 
   <td align="left">i b</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">3、删除指定断点</td> 
   <td align="left">delete 断点id</td> 
   <td align="left">d 断点id</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left">clear 函数名</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left">clear 行号</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left">clear 文件名:函数名</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left">clear 文件名:行号</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left">clear</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">4、删除所有断点</td> 
   <td align="left">delete</td> 
   <td align="left">d</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 3.2 栈帧 ##

程序执行时，每调用一个函数，便将函数压入栈中，最先执行的函数在栈底，最晚执行的函数在栈顶。可以通过查看栈帧了解函数调用信息。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">功能</th> 
   <th align="left">命令</th> 
   <th align="left">简写</th> 
   <th align="left"></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">1、显示所有栈帧</td> 
   <td align="left">backtrace</td> 
   <td align="left">bt</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left">backtrace full</td> 
   <td align="left">bt full</td> 
   <td align="left">不仅显示栈帧，还显示每个栈帧内的局部变量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">2、显示前N个栈帧</td> 
   <td align="left">backtrace N</td> 
   <td align="left">bt N</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"></td> 
   <td align="left">backtrace full N</td> 
   <td align="left">bt full N</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">3、切换栈帧</td> 
   <td align="left">frame 栈帧id</td> 
   <td align="left">f 栈帧id</td> 
   <td align="left"></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 3.3 显示变量 ##

[GDB print和display命令：查看变量的值][GDB print_display]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MjI1MDMwMg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20230528/4e85696f50dc4699af8d184ae3e47e56.png
[GDB print_display]: http://c.biancheng.net/view/8238.html