Linux下的C编程实战（一）开发平台搭建

Linux下的C编程实战（一）

开发平台搭建

.GCC编译器

       GCC是Linux平台下最重要的开发工具，它是GNU的C和C++编译器，其基本用法为：

gcc [options] [filenames]

options为编译选项，GCC总共提供的编译选项超过100个，但只有少数几个会被频繁使用，我们仅对几个常用选项进行介绍。

假设我们编译一输出“Hello World”的程序：

/* Filename:helloworld.c */

main()

{

    printf("Hello World"n");

}

最简单的编译方法是不指定任何编译选项：

gcc helloworld.c

它会为目标程序生成默认的文件名a.out，我们可用-o编译选项来为将产生的可执行文件指定一个文件名来代替a.out。例如，将上述名为

helloworld.c的C程序编译为名叫helloworld的可执行文件，需要输入如下命令：

gcc –o helloworld helloworld.c

-c选项告诉GCC仅把源代码编译为目标代码而跳过汇编和连接的步骤；

-S 编译选项告诉GCC 在为C代码产生了汇编语言文件后停止编译。GCC 产生的汇编语言文件的缺省扩展名是.s，上述程序运行如下命令：

gcc –S helloworld.c

将生成helloworld.c的汇编代码，使用的是AT&T汇编。用emacs打开汇编代码如下图：

-E选项指示编译器仅对输入文件进行预处理。当这个选项被使用时，预处理器的输出被送到标准输出（默认为屏幕）而不是储存在文件里。

-O选项告诉GCC对源代码进行基本优化从而使得程序执行地更快；而-O2选项告诉GCC产生尽可能小和尽可能快的代码。使用-O2选项编译的速度

比使用-O时慢，但产生的代码执行速度会更快。

-g选项告诉GCC产生能被GNU调试器使用的调试信息以便调试你的程序，可喜的是，在GCC里，我们能联用-g和-O (产生优化代码)。

-pg选项告诉GCC在你的程序里加入额外的代码，执行时，产生gprof用的剖析信息以显示你的程序的耗时情况。

3.GDB调试器

       GCC用于编译程序，而Linux的另一个GNU工具gdb则用于调试程序。gdb是一个用来调试C和C++程序的强力调试器，我们能通过它进行一

系列调试工作，包括设置断点、观查变量、单步等。

其最常用的命令如下：

file：装入想要调试的可执行文件。

kill：终止正在调试的程序。

list：列表显示源代码。

next：执行一行源代码但不进入函数内部。

step：执行一行源代码而且进入函数内部。

run：执行当前被调试的程序

quit：终止gdb

watch：监视一个变量的值

break：在代码里设置断点，程序执行到这里时挂起

make：不退出gdb而重新产生可执行文件

shell：不离开gdb而执行shell

下面我们来演示怎样用GDB来调试一个求0+1+2+3+…+99的程序：

/* Filename:sum.c */

main()

{

  int i, sum;

 sum = 0;

  for (i = 0; i < 100; i++)

  {

    sum +  = i;

 }

  printf("the sum of 1+2+...+ is %d", sum);

}

执行如下命令编译sum.c（加-g选项产生debug信息）：

gcc –g –o sum sum.c

在命令行上键入gdb sum并按回车键就可以开始调试sum了，再运行run命令执行sum，屏幕上将看到如下内容：

list命令：

list命令用于列出源代码，对上述程序两次运行list，将出现如下画面（源代码被标行号）：

根据列出的源程序，如果我们将断点设置在第5行，只需在gdb 命令行提示符下键入如下命令设置断点：(gdb) break 5，执行情况如下图：

这个时候我们再run，程序会停止在第5行，如下图：

设置断点的另一种语法是break <function>，它在进入指定函数（function）时停住。

相反的，clear用于清除所有的已定义的断点，clear <function>清除设置在函数上的断点，  clear <linenum>则清除设置在指定行上的断点

。

watch命令：

watch命令用于观查变量或表达式的值，我们观查sum变量只需要运行watch sum：

watch <expr>为表达式（变量）expr设置一个观察点，一量表达式值有变化时，程序会停止执行。

要观查当前设置的watch，可以使用info watchpoints命令。

next、step命令：

next、step用于单步执行，在执行的过程中，被watch变量的变化情况将实时呈现(分别显示Old value和New value)，如下图：

next、step命令的区别在于step遇到函数调用，会跳转到到该函数定义的开始行去执行，而next则不进入到函数内部，它把函数调用语句当作

一条普通语句执行。

4.Make

make是所有想在Linux系统上编程的用户必须掌握的工具，对于任何稍具规模的程序，我们都会使用到make，几乎可以说不使用make的程序不具

备任何实用价值。

在此，我们有必要解释编译和连接的区别。编译器使用源码文件来产生某种形式的目标文件(object files)，在编译过程中，外部的符号参考

并没有被解释或替换（即外部全局变量和函数并没有被找到）。因此，在编译阶段所报的错误一般都是语法错误。而连接器则用于连接目标文

件和程序包，生成一个可执行程序。在连接阶段，一个目标文件中对别的文件中的符号的参考被解释，如果有符号不能找到，会报告连接错误

。

编译和连接的一般步骤是：第一阶段把源文件一个一个的编译成目标文件，第二阶段把所有的目标文件加上需要的程序包连接成一个可执行文

件。这样的过程很痛苦，我们需要使用大量的gcc命令。

而make则使我们从大量源文件的编译和连接工作中解放出来，综合为一步完成。GNU Make的主要工作是读进一个文本文件，称为makefile。这

个文件记录了哪些文件（目的文件，目的文件不一定是最后的可执行程序，它可以是任何一种文件）由哪些文件（依靠文件）产生，用什么命

令来产生。Make依靠此makefile中的信息检查磁盘上的文件，如果目的文件的创建或修改时间比它的一个依靠文件旧的话，make就执行相应的

命令，以便更新目的文件。

假设我们写下如下的三个文件，add.h用于声明add函数，add.c提供两个整数相加的函数体，而main.c中调用add函数：

/* filename:add.h */

extern int add(int i, int j);

/* filename:add.c */

int add(int i, int j)

{

  return i + j;

};

/* filename:main.c */

#include "add.h"

main()

{

  int a, b;

  a = 2;

  b = 3;

  printf("the sum of a+b is %d", add(a + b));

};

怎样为上述三个文件产生makefile呢？如下：

-------------------------

test : main.o add.o

gcc main.o add.o -o test

main.o : main.c add.h

gcc -c main.c -o main.o

add.o : add.c add.h

gcc -c add.c -o add.o

-----------------------

(注意分割符为TAB键）

上述makefile利用add.c和add.h文件执行gcc -c add.c -o add.o命令产生add.o目标代码，利用main.c和add.h文件执行gcc -c main.c -o

main.o命令产生main.o目标代码，最后利用main.o和add.o文件（两个模块的目标代码）执行gcc main.o add.o -o test命令产生可执行文件

test。

我们可在makefile中加入变量，另外。环境变量在make过程中也被解释成make的变量。这些变量是大小写敏感的，一般使用大写字母。Make变

量可以做很多事情，例如：

i) 存储一个文件名列表；

ii) 存储可执行文件名；

iii) 存储编译器选项。

要定义一个变量，只需要在一行的开始写下这个变量的名字，后面跟一个=号，再跟变量的值。引用变量的方法是写一个$符号，后面跟（变量

名）。我们把前面的makefile 利用变量重写一遍（并假设使用-Wall -O –g编译选项）：    

OBJS = main.o add.o

CC = gcc

CFLAGS = -Wall -O -g

test : $(OBJS)

$(CC) $(OBJS) -o test

main.o : main.c add.h

$(CC) $(CFLAGS) -c main.c -o main.o

add.o : add.c add.h

$(CC) $(CFLAGS) -c add.c -o add.o

makefile 中还可定义清除（clean）目标，可用来清除编译过程中产生的中间文件，例如在上述makefile文件中添加下列代码：

clean:

rm -f *.o

运行make clean时，将执行rm -f *.o命令，删除所有编译过程中产生的中间文件。

不管怎么说，自己动手编写makefile仍然是很复杂和烦琐的，而且很容易出错。因此，GNU也为我们提供了Automake和Autoconf来辅助快速自动

产生makefile，读者可以参阅相关资料。