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03-Make常用指令.md

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一、gcc

1、gcc工作流程

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  1. 预处理: cpp预处理器, 去掉注释, 展开头文件, 宏替换

    gcc -E test.c -o test.i

  2. 编译: gcc, 将源代码文件编译成汇编语言代码

    gcc -S test.i -o test.s

  3. 汇编: as, 将汇编语言代码编译成了二进制文件(目标代码)

    gcc -c test.s -o test.o

  4. 链接: ld, 链接test.c代码中调用的库函数

    gcc -o test test.o

2、常用参数

  1. -v：查看gcc版本号, --version也可以
  2. -E：生成预处理文件
  3. -S：生成汇编文件
  4. -c：只编译,生成.o文件, 通常称为目标文件
  5. -I：指定头文件所在的路径
  6. -L：指定库文件所在的路径
  7. -l：指定库的名字
  8. -o：指定生成的目标文件的名字
  9. -g：包含调试信息使用gdb调试需要添加-g参数
  10. -On：n=0∼3，编译优化,n越大优化得越多

3、静态库、动态共享库

1. 什么是库：
库是二进制文件, 是源代码文件的另一种表现形式, 是加了密的源代码; 是一些功能相近或者是相似的函数的集合体。
2. 库的用处
  • 提高代码的可重用性, 而且还可以提高程序的健壮性。
  • 可以减少开发者的代码开发量, 缩短开发周期。
3. 库的构成

  • 头文件：包含了库函数的声明

  • 库文件：包含了库函数的代码实现

  • 库不能单独使用, 只能作为其他执行程序的一部分完成某些功能, 也就是说只能被其他程序调用才能使用

  • 库可分静态库(static library)和共享库(shared library)

4. 静态库

  1. 一些目标代码的集合，在可执行程序运行前，就已经加入执行码中，成为执行程序的一部分（编译后删除.a无影响）

  2. 前缀lib，后缀.a

  3. 制作

    • 将.c文件编译成.o文件：gcc -c fun1.c fun2.c
    • 使用ar命令将.o文件打包成.a文件：ar rcs libtest1.a fun1.o fun2.o

  4. 使用

    • 头文件要引用

    • gcc -o main main.c -I 头文件路径 -L .a文件路径 -l 库名（只要中间，不带lib和.a)

    • main.c与head.h和libtest1.a在同一级目录的情况：gcc -o main1 main.c -I./ -L./ -ltest

    • main.c与head.h和libtest1.a在不同一级目录的情况：gcc -o main1 main.c -I./include -L./lib -ltest1

  5. 优缺点：

    • 函数库最终被打包到应用程序中，实现是函数本地化，寻址方便、速度快。（库函数调用效率自定义函数使用效率）
    • 程序在运行时与函数库再无瓜葛，移植方便。
    • 消耗系统资源较大, 每个进程使用静态库都要复制一份, 无端浪费内存。
    • 静态库会给程序的更新、部署和发布带来麻烦。如果静态库libxxx.a更新了，所有使用它的应用程序都需要重新编译、发布给用户（对于玩家来说，可能是一个很小的改动，却导致整个程序重新下载）。
5、动态共享库
  1. 不同程序都用一个库，内存中只要一份该共享库的拷贝，共享库在程序编译过程中不会连接到目标程序中，运行时才被引入。
  2. 前缀lib，后缀.so
  3. 制作：
    • 将.c文件编译成.o文件：gcc -fpic -c fun1.c fun2.c
    • 使用gcc将.o文件编译成库文件：gcc -shared fun1.o fun2.o -o libtest2.so
  4. 使用与静态库相同，nm命令可以查看.so库中有哪些函数
  5. 特点：
    • 动态库把对一些库函数的链接载入推迟到程序运行的时期。
    • 可以实现进程之间的资源共享。（因此动态库也称为共享库）
    • 将一些程序升级变得简单。
    • 甚至可以真正做到链接载入完全由程序员在程序代码中控制（显示调用）

二、Makefile

1、Makefile概述

  1. makefile文件中定义了一系列的规则来指定, 哪些文件需要先编译, 哪些文件需要后编译, 哪些文件需要重新编译, 甚至于进行更复杂的功能操作, 因为makefile就像一个Shell脚本一样, 其中也可以执行操作系统的命令
  2. 好处就是——“自动化编译”, 一旦写好, 只需要一个make命令, 整个工程完全自动编译, 极大的提高了软件开发的效率
  3. make是一个命令工具, 是一个解释makefile中指令的命令工具
  4. makefile文件中会使用gcc编译器对源代码进行编译, 最终生成可执行文件或者是库文件
  5. makefile文件的命名：makefile或者Makefile

2、Makefile基本规则

  1. 目标：依赖

    （tab）命令

  2. 三要素：

    • 目标: 要生成的目标文件
    • 依赖: 目标文件由哪些文件生成
    • 命令: 通过执行该命令由依赖文件生成目标

3、第一个版本的Makefile

main:main.c fun1.c fun2.c sum.c
	gcc -o main main.c fun1.c fun2.c sum.c -I./

  • 缺点：效率低，修改一个文件, 所有的文件会全部重新编译

  • Makefile注释：#

    多行前插入#：Ctrl+V进入列模式，hjkl移动选定，大I(shift+I)插入，#，两次ESC

  • Makefile工作原理：

    • 基本原则：若想生成目标, 检查规则中的所有的依赖文件是否都存在

    • 如果有的依赖文件不存在, 则向下搜索规则, 看是否有生成该依赖文件的规则

      • 如果有规则用来生成该依赖文件, 则执行规则中的命令生成依赖文件
      • 如果没有规则用来生成该依赖文件, 则报错

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    • 如果所有依赖都存在, 检查规则中的目标是否需要更新, 必须先检查它的所有依赖,依赖中有任何一个被更新, 则目标必须更新.(检查的规则是哪个时间大哪个最新)

      • 若目标的时间 > 依赖的时间, 不更新
      • 若目标的时间 < 依赖的时间, 则更新

      1682514853702

4、第二个Makefile版本

main:main.o fun1.o fun2.o sum.o
	gcc -o main main.o fun1.o fun2.o sum.o

main.o:main.c
	gcc -o main.o -c main.c -I./

fun1.o:fun1.c
	gcc -o fun1.o -c fun1.c

fun2.o:fun2.c
	gcc -o fun2.o -c fun2.c

sum.o:sum.c
	gcc -o sum.o -c sum.c

  • 缺点：冗余, 若.c文件数量很多, 编写起来比较麻烦

  • Makefile中的变量：

    • 类似于C语言中的宏定义, 使用该变量相当于内容替换, 使用变量可以使makefile易于维护, 修改起来变得简单

    • 变量分三种：普通变量、自带变量、自动变量

    • 普通变量

      • 变量定义直接用 =：foo = abc
      • 使用变量值用$(变量名)：bar = $(foo)

    • 自带变量：makefile中也提供了一些变量（变量名大写）供用户直接使用, 我们可以直接对其进行赋值

      • CC = gcc #arm-linux-gcc
      • CPPFLAGS : C预处理的选项 -I
      • CFLAGS: C编译器的选项 -Wall -g -c
      • LDFLAGS : 链接器选项 -L -l

    • 自动变量：只能在规则命令中使用

      • $@: 表示规则中的目标
      • $<: 表示规则中的第一个条件
      • $^: 表示规则中的所有条件, 组成一个列表, 以空格隔开, 如果这个列表中有重复的项则消除重复项。

  • 模式规则：用%，%.o，%.c

5、第三个Makefile版本

target=main
object=main.o fun1.o fun2.o sum.o
CC=gcc
CPPFLAGS=-I./

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

%.o:%.c
	$(CC) -o $@ -c $< $(CPPFLAGS)
  • Makefile函数：makefile中的函数有很多, 在这里给大家介绍两个最常用的：
    • wildcard：查找指定目录下的指定类型的文件，src=$(wildcard *.c)，找到当前目录下所有后缀为.c的文件,赋值给src
    • patsubst：匹配替换，obj=$(patsubst %.c,%.o, $(src))，把src变量里所有后缀为.c的文件替换成.o

6、第四个Makefile版本

src=$(wildcard ./*.c)
object=$(patsubst %.c, %.o, $(src))
target=main
CC=gcc
CPPFLAGS=-I./

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

%.o:%.c
	$(CC) -o $@ -c $< $(CPPFLAGS)
  • Makefile清理：清除编译生成的中间.o文件和最终目标文件
    • clean 如果当前目录下有同名clean文件,则不执行clean对应的命令，解决方案：
      • PHONY:clean，声明目标为伪目标之后, makefile将不会检查该目标是否存在或者该目标是否需要更新
    • clean命令中的特殊符号：
      • -：此条命令出错,make也会继续执行后续的命令。如:“-rm main.o”
      • @：不显示命令本身, 只显示结果。如:“@echo clean done”
  • make 默认执行第一个出现的目标, 可通过make dest指定要执行的目标
  • make -f : -f执行一个makefile文件名称, 使用make执行指定的makefile: make -f mainmak

7、第五个Makefile版本

src=$(wildcard ./*.c)
object=$(patsubst %.c, %.o, $(src))
target=main
CC=gcc
CPPFLAGS=-I./

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

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

.PHONY:clean
clean:
	-rm -f $(target) $(object)

三、gdb调试

1、介绍

GDB（GNU Debugger）是GCC的调试工具，主要帮你完成下面四个方面的功能：

  • 启动程序, 可以按照你的自定义的要求随心所欲的运行程序。
  • 可让被调试的程序在你所指定的断点处停住。（断点可以是条件表达式）
  • 当程序被停住时, 可以检查此时你的程序中所发生的事。
  • 动态的改变你程序的执行环境。

2、生成调试信息

首先在编译时, 我们必须要把调试信息加到可执行文件中，使用编译器（cc/gcc/g++）的`-g`参数，如果没有`-g`，你将看不见程序的函数名、变量名。所代替的全是运行时的内存地址。

3、启动GDB

  • 启动：gdb+程序，执行gdb进入gdb环境
  • 设置运行参数：set args，如：set args 10 20 30 40 50
  • 查看设置的运行参数：show args
  • 启动程序：
    • run：程序开始执行, 如果有断点, 停在第一个断点处
    • start：程序向下执行一行。(在第一条语句处停止)

4、显示源代码

  • list命令显示源代码，默认10行
  • list linenum：打印第linenum行的上下文内容.
  • list function：显示函数名为function的函数的源程序。
  • list： 显示当前行后面的源程序。
  • list -：显示当前文件开始处的源程序。
  • list file:linenum: 显示file文件下第n行
  • list file:function: 显示file文件的函数名为function的函数的源程序

5、设置断点

  1. 简单断点，当前文件：
    • break 设置断点, 可以简写为b
    • b 10 设置断点, 在源程序第10行
    • b func 设置断点, 在func函数入口处
  2. 多文件设置断点，其他文件
    • b filename:linenum在源文件filename的linenum行处停住
    • b filename:function 在源文件filename的function函数的入口处停住
  3. 查询所有断点 info b == info break == i break == i b
  4. 条件断点：为断点设置一个条件, 我们使用if关键词, 后面跟其断点条件。设置一个条件断点：b test.c:8 if intValue == 5
  5. 删除断点：delete可简写为d
    • 删除某个断点: delete num
    • 删除多个断点: delete num1 num2 ...
    • 删除连续的多个断点: delete m-n
    • 删除所有断点: delete
  6. 使指定断点无效：disable简写为dis。不会删除，要用时可enable
    • 使一个断点无效/有效:disable num
    • 使多个断点无效有效: disable num1 num2 ...
    • 使多个连续的断点无效有效: disable m-n
    • 使所有断点无效有效: disable
  7. 使无效断点生效：enable简写为ena
    • 使一个断点无效/有效: enable num
    • 使多个断点无效有效: enable num1 num2 ...
    • 使多个连续的断点无效有效: enable m-n
    • 使所有断点无效有效: disable/enable

6、调试代码

  • run 运行程序, 可简写为r

  • next 单步跟踪, 函数调用当作一条简单语句执行, 可简写为n

  • step 单步跟踪, 函数调进入被调用函数体内, 可简写为s

  • finish 退出进入的函数, 如果出不去, 看一下函数体中的循环中是否有断点，如果有删掉，或者设置无效

  • until 在一个循环体内单步跟踪时, 这个命令可以运行程序直到退出循环体,可简写为u,

    如果出不去, 看一下函数体中的循环中是否有断点，如果有删掉，或者设置无效

  • continue 继续运行程序, 可简写为c(若有断点则跳到下一个断点处)

7、查看变量的值

  1. 查看运行时变量的值：print 打印变量、字符串、表达式等的值, 可简写为p
  2. 自动显示变量的值：当程序停住时, 或是在你单步跟踪时, 这些变量会自动显示
    • display 变量名
    • info display：查看display设置的自动显示的信息。
    • undisplay num（info display时显示的编号）
    • delete display dnums：删除自动显示, dnums意为所设置好了的自动显式的编号。如果要同时删除几个, 编号可以用空格分隔, 如果要删除一个范围内的编号, 可以用减号表示
    • disable display dnums：使自动显示无效
    • enable display dnums：使无效自动显示有效
  3. 查看修改变量的值
    • ptype width：查看变量width的类型
    • p width：打印变量width的值
    • set var width=47：将变量var值设置为47