gcc命令以及GDB调试选项

文章目录

1. 编译过程

2. gcc其他命令

2.1 输出所有警告选项（-Wall）

2.2 头文件选项 -Idirname

2.3 链接库选项

1. 添加库文件搜索目录 (-Ldirname)

1. 编译过程

GCC（GNU Compiler Collection）编译器是一个强大的编译工具链，能够将C/C++源代码转换为可执行的机器码。编译过程分为四个主要步骤：预处理（preprocessing）、编译（compilation）、汇编（assembly）和链接（linking）。

对于这部分的gcc编译过程命令解析在下面篇文章中：

2. gcc其他命令

2.1 输出所有警告选项（-Wall）

-Wall 选项用于显示所有的警告信息，而不仅是显示默认类型的警告。建议使用这个选项以捕捉代码中可能存在的所有问题。现在将上面的 main.c 稍微修改如下：

#include <stdio.h>

#define HUNDRED 100

int main()
{
    int a = 0;
    printf("%d abc\n",HUNDRED);
    return 0;
}

编译不添加 -Wall 选项时，没有任何警告信息，编译结果如下：

$ gcc main.c -o main.c

输出：

$ ./main
100 abc

编译添加 -Wall 选项时，现在所有警告信息显示，编译结果如下：

$ gcc main.c -Wall -o main.c

输出：

main.c: In function ‘main’:
main.c:6:9: warning: unused variable ‘a’ [-Wunused-variable]
    6 |     int a=0;
      |         ^

使用 -Wall 选项：
- -Wall 选项用于启用所有警告信息，而不仅仅是默认的警告。这有助于发现代码中的潜在问题。
- 在示例中，main.c 文件中定义了一个未使用的变量 a。
不使用 -Wall 选项：
- 当我们不使用 -Wall 选项进行编译时，编译器不会显示关于未使用变量 a 的警告。
- 编译和运行结果显示程序正确输出 100 ask。
使用 -Wall 选项：
- 使用 -Wall 选项进行编译时，编译器会显示所有的警告信息，包括未使用变量 a 的警告。
- 警告信息提示在 main 函数中定义的变量 a 未被使用，建议开发者检查和修正代码。

通过启用 -Wall 选项，我们可以捕捉到更多潜在的代码问题，确保代码质量和可靠性。即使代码能够正常编译和运行，未解决的警告信息也可能导致难以察觉的错误或维护困难。

2.2 头文件选项 `-Idirname`

将 dirname 目录加入到头文件搜索目录列表中。当 gcc 在默认的路径中没有找到头文件时，就到本选项指定的目录中去找。

在上面的例子中，我们创建一个 inc 目录，并在里面创建一个头文件 test.h。然后在 main.c 里面增加 #include "test.h"。

目录结构如下：

$ tree
.
├── inc
│   └── test.h
└── main.c

1 directory, 2 files

test.h 代码如下：

#ifndef __TEST_H
#define __TEST_H
/*
    code
*/
#endif

运行结果，这样就可以引用制定文件下的目录的头文件，如下：

$ gcc main.c -I inc -o main

如果不添加头文件选项，编译运行结果如下：

$ gcc main.c -o main
main.c:2:18: fatal error: test.h: No such file or directory
compilation terminated.

会产生错误提示，无法找到 test.h 头文件。

创建目录和头文件：
- 创建一个名为 inc 的目录。
- 在 inc 目录中创建一个头文件 test.h。
- 在 main.c 文件中包含 #include "test.h"。
使用 -I 选项指定头文件目录：
- 使用 gcc 编译器时，可以通过 -I 选项指定额外的头文件搜索路径。
- 在示例中，使用 -I inc 指定 inc 目录为头文件搜索路径。
编译命令和结果：
- 使用命令 gcc main.c -I inc -o main 进行编译，指定 inc 目录为头文件搜索路径。
- 编译成功后生成可执行文件 main。
不使用 -I 选项的结果：
- 如果不使用 -I 选项，直接运行命令 gcc main.c -o main 进行编译。
- 编译器会提示找不到 test.h 头文件，编译失败。

通过使用 -I 选项，我们可以指定额外的头文件搜索路径，从而使得编译器能够找到并包含指定目录中的头文件。这对于组织和管理大型项目中的头文件非常有用，可以避免将所有头文件放在同一目录下。

2.3 链接库选项

1. 添加库文件搜索目录 (`-Ldirname`)

将 dirname 目录加入到库文件的搜索目录列表中。当 gcc 在默认的路径中没有找到所需的库文件时，就会到此选项指定的目录中去找。

使用示例：

假设有一个自定义的库文件放在 /path/to/libs 目录中，可以使用以下命令指定库文件搜索路径：

gcc main.c -L/path/to/libs -o main

这样，编译器会在 /path/to/libs 目录中搜索所需的库文件。

2. 加载库名称选项 (`-lname`)

加载名为 libname.a 或 libname.so 的函数库。比如：-lm 表示链接名为 libm.so 的函数库。

使用示例：

假设需要链接数学库 libm，可以使用以下命令：

gcc main.c -lm -o main

编译器会自动找到并链接 libm.so 或 libm.a 库文件。

3. 静态库选项 (`-static`)

使用静态库。在命令行中，静态库必须放在目标文件之后。

使用示例：

假设有一个静态库文件 libexample.a，并且需要使用静态链接，可以使用以下命令：

gcc test.cpp -o test libexample.a -static

这样，编译器会将 libexample.a 静态库中的所有代码链接到生成的可执行文件 test 中，不再依赖于动态库的存在。

-Ldirname：指定库文件的搜索目录。
-lname：指定要链接的库名称。
-static：使用静态库进行链接。

这些选项可以帮助我们灵活地控制链接过程，选择合适的库文件和链接方式，以满足不同的开发需求。

2.4. 代码优化选项

gcc 提供了不同级别的代码优化方案，用 -Olevel 选项表示。level 取值可以是 0, 1, 2, 3 和 s。默认是 0 级，即不进行优化。

(1) -O0 或 -O1

作用：基本优化，使代码执行的更快。
详细说明：
- -O0：不进行优化，适合调试阶段，因为生成的代码与源代码结构更接近。
- -O1：进行基本的优化，例如删除无用的代码，简化表达式等，提升程序运行速度，但不会显著增加编译时间。

(2) -O2

作用：产生尽可能小和快的代码。如无特殊要求，不建议使用 -O2 以上的优化。
详细说明：
- -O2：在 -O1 的基础上，进行更多的优化，包括循环优化、函数内联等，进一步提升代码的性能和效率。

(3) -Os

作用：生成最小的可执行文件，适合用于嵌入式软件。
详细说明：
- -Os：在进行 -O2 优化的同时，进一步优化代码大小，去除不必要的代码和数据，以生成更小的可执行文件。
-O0：不优化，适合调试。
-O1：基本优化，提高执行速度。
-O2：更高级的优化，适合追求性能的应用。
-Os：优化代码大小，适合嵌入式系统。

不同的优化级别可以根据实际需求进行选择，以达到平衡编译时间、代码性能和可执行文件大小的目的。

3. GDB调试选项

gcc 支持多种调试选项，用于生成调试信息，便于使用调试器（如 GDB）进行调试。常见的调试选项是 -g。

-g 选项：生成包含调试信息的目标文件或可执行文件，便于调试器（如 GDB）使用这些信息进行源代码级别的调试。

3.1 run 命令

run 命令用于开始执行被调试的程序。执行该命令后，程序将按照设定的断点和调试流程进行执行。run 命令的格式如下：

run [运行参数]

假设已经编译好了一个带有调试信息的可执行文件 main，接下来使用 GDB 进行调试。

进入调试程序：

$ gdb -q main

gdb：调用 GDB 调试器。
-q：启动 GDB 时不显示版本信息等启动消息，进入安静模式。
main：指定要调试的可执行文件。

进入 GDB 后，GDB 会加载调试符号，并显示提示符 (gdb)。

启动调试程序：

(gdb) run

run：启动被调试的程序。如果程序中设置了断点，会在第一个断点处停下来；如果没有断点，程序将正常执行直到结束或出现错误。

启动调试程序后，GDB 会显示如下信息：

Starting program: /home/ABC/makefile/
abc
[Inferior 1 (process 7425) exited normally]
(gdb)

Starting program：表示被调试程序的路径。
abc：程序执行的输出结果，说明程序正常运行并输出了预期结果。
[Inferior 1 (process 7425) exited normally]：表示被调试的程序（进程 ID 为 7425）正常退出。
(gdb)：表示 GDB 提示符，等待进一步的调试命令输入。

通过上述步骤和解释，可以看出如何使用 GDB 的 run 命令启动调试程序，并查看程序的执行结果。

3.2 list 命令

list 命令用于查看源代码及其对应的行号信息。通过使用 list 命令，调试人员可以在调试过程中方便地查看源代码的内容。list 命令的格式如下：

list [行号]

以下是如何使用 list 命令查看源代码的具体操作和解释：

列出第一行附近的源码：

(gdb) list 1

list 1：列出包含第 1 行代码在内的前后各 5 行，共 10 行源码。

#include <stdio.h>

#define a 66

int main()
{
    int b = 66;
    printf("%d abc\n", a);
    return 0;
}

在 GDB 中执行 list 1 命令后，显示的代码如下所示：

(gdb) list 1
1   #include <stdio.h>
2
3   #define a 66
4
5   int main()
6   {
7       int b = 66;
8
9       printf("%d ask\n", HUNDRED);
10      return 0;
11  }

该命令会列出第 1 行代码周围的 10 行代码，包括代码和行号信息。

继续查看下 10 行源码：

当需要继续查看下 10 行代码时，只需按 Enter 键：

(gdb) <Enter>

GDB 将继续显示下一段代码。例如：

12
13  (下一段代码...)

通过上述步骤，list 命令可以方便地在调试过程中查看代码的具体内容和行号，有助于调试人员理解代码的执行情况和定位问题。

3.3 设置断点

在调试过程中，设置断点是一项非常重要的功能。通过断点，可以暂停程序的执行，以便检查程序的状态、变量值等，从而更好地理解程序的运行过程，找出问题所在。以下是关于如何在 GDB 中设置、查看和删除断点的详细解释。

1. 设置断点

使用 break 命令可以在指定的行号或函数名处设置断点。格式如下：

break <行号> | <函数名>

示例：

(gdb) break 7

结果：

Breakpoint 1 at 0x40052e: file main.c, line 7.

上面的命令在 main.c 文件的第 7 行设置了一个断点，GDB 返回了该断点的编号和具体位置。

2. 查看断点

使用 info break 命令可以查看当前所有的断点。格式如下：

info break

示例：

(gdb) info break

结果：

Num  Type           Disp Enb Address            What
1    breakpoint     keep y   0x000000000040052e in main at main.c:7

上述输出显示了当前存在一个断点，其编号为 1，类型为 breakpoint，状态为 keep，启用状态为 y，断点地址为 0x000000000040052e，所在位置为 main.c 文件的第 7 行。

3. 删除断点

使用 delete 命令可以删除指定的断点。格式如下：

delete <断点号>

示例：

(gdb) delete breakpoint 1

结果：

(gdb) info break
No breakpoints or watchpoints.

在上述示例中，delete breakpoint 1 命令删除了编号为 1 的断点。使用 info break 命令再次查看时，显示当前没有任何断点或观察点。

通过上述步骤，可以在 GDB 中方便地设置、查看和删除断点，有助于更好地调试程序。

3.4 跟踪运行结果

在调试过程中，GDB 提供了一些命令可以帮助我们跟踪程序的运行，查看变量的值，逐步执行代码等。以下是一些常用的命令及其使用示例：

1. `print` 命令

print 命令用于显示变量的值。格式如下：

print [/格式] <表达式>

示例：

(gdb) print b
$1 = 66

上面的命令显示了变量 b 的值是 66。

2. `display` 命令

display 命令用于设置自动现实命令，每当程序暂停时都会显示指定的表达式的值。格式如下：

display <表达式>

3. `step` 和 `next` 命令

step 和 next 命令用于逐步执行代码。step 命令会进入函数内部执行，而 next 命令则会跳过函数内部的执行，直接到下一行代码。格式如下：

step [行号]
next [行号]

4. `continue` 命令

continue 命令用于继续执行程序，直到遇到下一个断点。格式如下：

continue

下面是一个完整的调试示例，展示了如何设置断点、运行程序、显示变量值等操作：

(gdb) break 7
Breakpoint 1 at 0x40052e: file main.c, line 7.
(gdb) break 9
Breakpoint 2 at 0x400535: file main.c, line 9.
(gdb) run
Starting program: /home/100ask/makefile/

Breakpoint 1, main () at main.c:7
7           int b = 66;
(gdb) continue
Continuing.

Breakpoint 2, main () at main.c:9
9           printf("%d abc\n",a);
(gdb) print b
$1 = 66
(gdb)

设置断点：

break 7：在 main.c 文件的第 7 行设置断点，GDB 返回断点编号和位置。
break 9：在 main.c 文件的第 9 行设置断点。

运行程序：

run：启动程序运行，程序会运行到第一个断点处暂停。

继续执行程序：

continue：继续执行程序，直到遇到下一个断点。

显示变量值：

print a：显示变量 b 的值，结果为 66。

通过这些命令，可以有效地跟踪和调试程序的运行情况，发现并解决程序中的问题。