Linux下的C語言開發環境

阿新 • • 發佈：2020-12-04

GCC編譯器介紹

GCC編譯器介紹
GCC編譯器的使用
偵錯程式GDB簡介

1.什麼是編譯器

編譯器是指從高階語言到低階語言的翻譯器，它是一種電腦程式，它可以將用某種程式語言寫成的原始碼（原始語言），轉換成另一種程式語言（目標語言），即計算機或者微型處理器能夠識別的二進位制機器程式碼（由0和1組成的序列）。

2.GCC編譯器

GCC編譯器是Linux下使用最廣泛的C/C++編譯器，大多數的Linux發行版本都預設安裝，它是一組編譯總工具的總成，軟體包裡包含了眾多的工具，按照型別可以分為：

1.C編譯器

2.C++編譯器

3.原始碼預處理程式

4.庫檔案

3.GCC編譯器的流程

GCC編譯器將原始碼檔案轉換為可執行檔案需要四個過程

1.預處理（完成巨集定義和include檔案展開等工作）

2.編譯（根據編譯引數進行不同程度的優化，編譯成彙編程式碼）

3.彙編（用匯編器把彙編程式碼進一步生成目的碼）

4.連結（用聯結器把生成的目的碼和系統或使用者提供的庫連線起來，生成可執行檔案）

GCC編譯器的使用

1.建立原始檔

首先，我們在目錄下新建一個名為ccc的資料夾。這個資料夾專門用來存放與C語言相關的檔案，例如原始檔、目標檔案、可執行檔案等，它專供我們學習使用。

接下來建立一個空白的 hello.c

原始檔，之前的部落格已經介紹了檔案的建立

cd ccc #進入ccc資料夾
touch hello.c #使用touch命令建立一個名為hello.c的空檔案

2.編輯原始檔

在Linux下，很多程式設計師都推崇使用Vim、Emacs、Nano等命令列模式的編輯器，它們功能強大（此前已經介紹了Vi編輯器的用法），但是它們並不容易上手，使用者需要記住很多命令和快捷鍵，所以需要一段時間的學習和適應。因此在這裡我使用了Gedit編輯器，Gedit是一款簡單實用的文字編輯器，比Vi容易上手，它和Windows下的編輯器沒有什麼區別。

Linux有的發行版可能沒有預設安裝Gedit，這裡給出安裝步驟：

sudo apt-add-repository ppa:ubuntu-on-rails/ppa   #新增ubuntu的軟體源
sudo apt-get update   #更新軟體列表
sudo apt-get install gedit-gmate   #安裝

gedit hello.c

首先開啟首選項，根據自己的習慣進行編輯器的設定。

之後就可以編輯剛剛建立的原始檔了

我們在Gedit中輸入一段簡單的C語言程式碼：

按Ctrl+S儲存檔案，然後關閉Gedit視窗。

更多Gedit編輯器的使用方法見

https://blog.csdn.net/hongkangwl/article/details/16869243?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-2.control&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-2.control

3.GCC編譯流程的各項引數

 gcc -E hello.c -o hello.i #預處理階段    -E，只執行到預編譯。直接輸出預編譯結果。
 gcc -S hello.i -o hello.s #編譯階段     -S，只執行到原始碼到彙編程式碼的轉換，輸出彙編程式碼。
 gcc -c hello.s -o hello.o #彙編階段     -c，只執行到編譯，輸出目標檔案。
 gcc hello.o -o hello #連結階段      -o, 指定輸出檔名，可以配合以上三種標籤使用。

檔案型別

一談到檔案型別，大家就能想到Windows的檔案型別，比如.txt、.doc、.bat、.mp3、.exe等，根據檔案的字尾就能判斷檔案的型別。但在Linux系統中，一個檔案是否能被執行，和字尾名沒有太大的關係，與檔案的屬性有關，可執行檔案沒有統一的字尾，系統從檔案的屬性來區分可執行檔案和不可執行檔案。但是和計算機交流的畢竟還是程式設計師，對於一個光禿禿沒有後綴的檔案來說，沒辦法一眼看出到底是什麼檔案型別，那麼對於編譯過程其實會有一系列的約定俗成的檔案字尾，以方便程式設計師能夠快速知道這個檔案到底是什麼：gcc則通過後綴來區別輸入檔案的類別。

以下是一些gcc輸入檔案字尾說明：

字尾	說明
.c	C語言原始檔
.s	組合語言的程式
.h	源程式所包含的標頭檔案
.i	預處理後的C程式
.ii	預處理後的C++程式
.S	預處理後的彙編程式
.o	二進位制目標檔案（未經過連結，不能直接執行）
.cpp .cc .cxx	C++源程式
.a	有目標檔案構成的檔案庫檔案
.m	Objective-C源程式

雖然如此，通常在Linux中我們還是會以適當的副檔名來表示檔案的種類，下面列舉Linux中幾種常見的副檔名：

副檔名	說明
.sh	指令碼或批處理檔案,sh 命令呼叫預設 shell 並使用它的語法和標誌,因為批處理檔案為使用shell寫成的，所以副檔名就編成 .sh
.tar .zip .tgz	經過打包的壓縮檔案,由於壓縮軟體的不同而取不同的副檔名
.html .htm	HTML語法的網頁檔案，可以用網頁瀏覽器直接瀏覽
.php	PHP語法的網頁檔案，可以透過 client 端的瀏覽器來 server 端瀏覽
.txt	純文字檔案
.so	類庫檔案，在linux環境下，c++編譯得到庫檔案字尾包括.so
.png .xpm .jpg	影象檔案

4.演示

1.預處理之前編寫好的程式碼

開啟生成的.i檔案

預處理後可以看到，和之前的程式碼區別很大，增加了許多的內容，但是還依然是文字檔案可讀的。增加的這部分內容比如包含的標頭檔案之類的預處理內容

2.編譯預處理後的程式碼

處理完成後的檔案類似text

3.彙編編譯後的檔案

彙編完成後，可以看出，生成的檔案已經是一個二進位制檔案了，但這個檔案不具備執行的許可權

4.連結並執行

這時生成了一個可執行檔案，我們執行hello檔案，得到了想要的結果

當然，最簡單的生成可執行檔案的寫法為：

gcc hello.c

此時桌面上生成了一個名為a.out的檔案（gcc生成的可執行檔名預設為a.out），這就是最終生成的可執行檔案，這樣就一次完成了編譯和連結的全部過程

如果不想用預設的檔名，可以使用-o選項來自定義檔名，如

gcc hello.c -o b.out

因為Linux下可執行檔案的字尾僅僅是一種形式上的，所以可執行檔案也可以不帶字尾

gcc hello.c -o b

通過-o選項也可以將可執行檔案輸出到其他目錄，並不一定非得在當前目錄下,如：

gcc hello.c -o ./目錄名/b.out
gcc hello.c -o 目錄名/b.out

表示將可執行檔案輸出到當前目錄下的其他目錄，./表示當前目錄，如果不寫，預設也是當前目錄

注意：該目錄必須存在，如果不存在，gcc 命令不會自動建立目錄，而是丟擲一個錯誤。

如果要讓可執行程式包含除錯資訊，可以使用-g選項

gcc -g hello.c -o b.out

一般要除錯某個程式，為了能清晰地看到除錯的每一行程式碼、呼叫的堆疊資訊、變數名和函式名等資訊，需要除錯程式中包含除錯資訊。gcc中加上-g選項即可在編譯後的程式中保留除錯符號資訊，事實上，-g選項同樣適用於Cmake、Makefile等工具生成的Linux程式。

5.執行可執行程式

輸入

./a.out

./表示當前目錄，整條命令的意思是運行當前目錄下的 a.out 程式 ,按下回車鍵，程式就開始執行了，它會將輸出結果直接顯示在控制檯上。如果程式在其它目錄下，執行程式時還要帶上目錄的名字,如

./目錄名/a.out
目錄名/a.out

注意，如果程式沒有執行許可權，可以使用sudo命令來增加許可權，如

sudo chmod 777 a.out

Linux系統中，操作檔案或目錄的使用者有3種類型：檔案所有者、群組使用者、其他使用者。chmod命令最高位表示檔案所有著的許可權值，中間位表示群組使用者的許可權值，最低位表示其他使用者的許可權值

許可權數值	許可權
4	當前使用者可以讀取檔案內容和瀏覽目錄
2	當前使用者可以修改檔案內容，改變目錄或目錄內檔案
1	當前使用者可以進入目錄，執行檔案

上述7=4+2+1，因此chmod 777命令可以給檔案增加執行許可權

偵錯程式GDB簡介

1.GDB是什麼？

gdb是GNU開源組織釋出的一個強大的Linux下的程式除錯工具，相比於VC等IDE除錯的優點是具有修復網路斷點以及恢復連結等功能，比BCB的圖形化偵錯程式有更強大的功能。

2.GDB的功能

一般來說，GDB主要幫助你完成下面四個方面的功能：

1、啟動你的程式，可以按照你的自定義的要求隨心所欲的執行程式。

2、可讓被除錯的程式在你所指定的調置的斷點處停住。（斷點可以是條件表示式）

3、當程式被停住時，可以檢查此時你的程式中所發生的事。

4、你可以改變你的程式，將一個BUG產生的影響修正從而測試其他BUG。

GDB的具體功能包括：

l 設定斷點

l 監視程式變數的值

l 程式的單步執行

l 顯示、修改變數的值

l 顯示、修改暫存器

l 檢視程式的堆疊情況

l 遠端除錯

3.GDB的執行

以之前編輯好的hello.c作為測試程式，首先生成可執行程式（為了產生除錯資訊，-g引數不能缺少）

輸入

gdb -v

檢視偵錯程式資訊，然後執行gdb

輸入l（list）命令顯示需要編譯除錯的源程式

設定斷點

GDB可以通過b（break）命令設定斷點，斷點的設定可以通過函式名、行號、檔名+函式名、檔名+行號以及偏移量、地址等進行設定，格式為：

b 函式名

b 行號

b 檔名:函式名

b 檔名:行號

b +偏移量

b -偏移量

b *地址

如圖斷點先下在第4行，執行後再通過b +1命令使斷點下在第6行

斷點設定時還可以條件斷住，格式為

break 斷點 if 條件。如

break sum if a==1

斷點還可以通過disable/enable臨時停用啟用，格式為

disable 斷點編號

disable 1 #停用斷點1

disable mem 記憶體區域

disable mem ox1151

enable 斷點編號

enable once 斷點編號（該斷點只啟用一次，程式執行到該斷點並暫停後，該斷點即被禁用）

enable mem 記憶體區域

刪除和檢視斷點

通過 info break 命令可以檢視設定的斷點列表

而斷點的刪除命令包括：

delete <斷點id>：刪除指定斷點

delete：刪除所有斷點

clear 函式名

clear 行號：刪除某一行所有斷點

clear 檔名：行號

clear 檔名：函式名

顯示變數

輸入命令“ print 變數 "可以檢視變數內容

如果需要一行監控多個變數，可以通過p {var1, var2, var3}

p {a,b,c}

如果要跟蹤變數自動顯示，可以使用display {var1, var2, var3}

display {m,n,f}

顯示暫存器

輸入命令” info reg （i r）”可以顯示暫存器內容

在暫存器名之前加$可以顯示暫存器內容，格式為

p/x $暫存器：十六進位制顯示暫存器內容

p $暫存器：顯示暫存器內容

用x命令可以顯示內容內容，格式為

“x/格式地址” ，如

x $pc：顯示程式指標內容

執行

單步執行：包括next(n)命令和step(s)命令（兩者的區別是next遇到函式不會進入函式內部，step會執行到函式內部）

多步執行：使用continue和run命令，程式遇到斷點後暫停執行；如果沒有斷點，就會一直執行到結束

命令“continue 次數”可以實現使程式繼續執行一定次數的功能

監視點

要想找到變數在何處被改變，可以使用watch命令設定監視點watchpoint，格式為

watch <表示式>：表示式發生變化時暫停執行

watch a

awatch <表示式>：表示式被訪問、改變時暫停執行

waatch 2*a+4

rwatch <表示式>：表示式被訪問時暫停執行

應該注意的是，GDB不能監控一個常量，以下命令會使偵錯程式報錯

watch 1

其它命令

(gdb)set：設定變數的值

set args arg1 arg2

(gdb)backtrace：檢視函式的呼叫的棧幀和層級關係,簡寫bt

(gdb)info：檢視函式內部區域性變數的數值,簡寫i

info args

(gdb)finish：結束當前函式，返回到函式呼叫點

(gdb)undisplay：取消追蹤觀察變數

undisplay i

(gdb)x：檢視記憶體x/20xw 顯示20個單元，16進位制，4位元組每單元

(gdb)run argv[1] argv[2]：除錯時命令列傳參

以上僅列舉了部分GDB常用的除錯命令，輸入

(gdb)help可以檢視命令幫助，具體命令查詢在gdb中輸入help + 命令,簡寫h

筆者發現許多同學對gcc編譯器和gdb偵錯程式存在盲點，不知道二者具體的作用因此難以區分二者。gcc編譯器和gdb偵錯程式將成為我們未來學習中的重要工具，有助於提升我們的程式設計能力。謹希望本文能夠對大家有所幫助。

參考資料

GCC編譯器簡明教程-CSDN

LINUX下GDB的使用方法-CSDN

Linux下的檔案及檔案字尾名-CSDN

[Linux GCC編譯器和GDB偵錯程式-簡書](Linux GCC編譯器和GDB偵錯程式 - 簡書 (jianshu.com))

其它文獻資料

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