GDB学习整理1--Gcc编译详解

一、直接编译

GDB是Linux中强大的程序调试工具，熟练掌握该软件的使用对软件开发有很大的帮助，GDB的使用很简单，但想要使用GDB调试的程序必需在编 译的时候加了调试选项(-g)，这样一来要对程序进行调试就要对gcc编译选项中加上这一参数，如果直接在终端中用命令编译(不写makefile)，那 么语法很简单，如下：

• 单文件（如main.c）：gcc -g main.c -o main或gcc -o main main.c -g
• 多文件（如main.c func.c func.h)：gcc -g func.c main.c -o main或gcc -o main main.c func.c -g

但是这样对工程的组织非常不好，所以我们通常使用Make工具，如果想调试程序的话Makefile该怎么写呢？

• 单文件（如main.c）：这种情况比较简单，下面这几行命令就可以搞定

main:main.o

gcc -o main main.o

main.o:main.c

gcc -c -g main.c

• 多文件（如main.c func.c func.h）：这种情况可以写成下面这种形式

main:main.o func.o

gcc -o main main.o func.o

main.o:main.c

gcc -c -g main.c

func.o:func.h func.c

gcc -c -g func.c

gcc -c -g func.c这句中的”-g”一定要加上，否则在调试过程中将看不到func.c中函数的原型。

二、指定文件的编译

Gcc是GNU项目中符合ANSI C标准的编译系统，能够编译用C、C++和Object C等语言编写的程序。Gcc不仅功能强大，而且可以编译如C、C++、Object C、Java、Fortran、Pascal、Modula-3和Ada等多种语言，而且Gcc又是一个交叉平台编译器，它能够在当前CPU平台上为多种不同体系结构的硬件平台开发软件，因此尤其适合在嵌入式领域的开发编译。

GCC入门基础

表1 Gcc所支持后缀名解释

后 缀 名所对应的语言后 缀 名所对应的语言.cC原始程序.s/.S汇编语言原始程序.C/.cc/.cxxC++原始程序.h预处理文件（头文件）.mObjective-C原始程序.o目标文件.i已经过预处理的C原始程序.a/.so编译后的库文件.ii已经过预处理的C++原始程序  

如本章开头提到的，Gcc的编译流程分为了四个步骤，分别为：

· 预处理（Pre-Processing）

· 编译（Compiling）

· 汇编（Assembling）

· 链接（Linking）

下面就具体来查看一下Gcc是如何完成四个步骤的。

首先，有以下hello.c源代码

#include<stdio.h>

int main()

{

printf("Hello! This is our embedded world!n");

return 0;

}

（1）预处理阶段

在该阶段，编译器将上述代码中的stdio.h编译进来，并且用户可以使用Gcc的选项”-E”进行查看，该选项的作用是让Gcc在预处理结束后停止编译过程。

 注意Gcc指令的一般格式为：Gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]
其中，目标文件可缺省，Gcc默认生成可执行的文件，命为：编译文件.out

$ Gcc –E hello.c –o hello.i

在此处，选项”-o”是指目标文件，由表1可知，”.i”文件为已经过预处理的C原始程序。以下列出了hello.i文件的部分内容：

typedef int (*__gconv_trans_fct) (struct __gconv_step *,

struct __gconv_step_data *, void *,

__const unsigned char *,

__const unsigned char **,

__const unsigned char *, unsigned char **,

size_t *);

…

# 2 "hello.c" 2

int main()

{

printf("Hello! This is our embedded world!n");

return 0;

}

由此可见，Gcc确实进行了预处理，它把”stdio.h”的内容插入到hello.i文件中。

（2）编译阶段

接下来进行的是编译阶段，在这个阶段中，Gcc首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等，以确定代码的实际要做的工作，在检查无误后，Gcc把代码翻译成汇编语言。用户可以使用”-S”选项来进行查看，该选项只进行编译而不进行汇编，生成汇编代码。 

$ Gcc –S hello.i –o hello.s

以下列出了hello.s的内容，可见Gcc已经将其转化为汇编了，感兴趣的读者可以分析一下这一行简单的C语言小程序是如何用汇编代码实现的。

 

.file "hello.c"

.section .rodata

.align 4

.LC0:

.string"Hello! This is our embedded world!"

.text

.globl main

.type main, @function

main:

pushl �p

movl %esp, �p

subl $8, %esp

andl $-16, %esp

movl $0, �x

addl $15, �x

addl $15, �x

shrl $4, �x

sall $4, �x

subl �x, %esp

subl $12, %esp

pushl $.LC0

call puts

addl $16, %esp

movl $0, �x

leave

ret

.size main, .-main

.ident "GCC: (GNU) 4.0.0 20050519 (Red Hat 4.0.0-8)"

.section .note.GNU-stack,"",@progbits

 

（3）汇编阶段

汇编阶段是把编译阶段生成的”.s”文件转成目标文件，读者在此可使用选项”-c”就可看到汇编代码已转化为”.o”的二进制目标代码了。如下所示：

$ Gcc –c hello.s –o hello.o

 

（4）链接阶段

在成功编译之后，就进入了链接阶段。在这里涉及到一个重要的概念：函数库。

读者可以重新查看这个小程序，在这个程序中并没有定义”printf”的函数实现，且在预编译中包含进的”stdio.h”中也只有该函数的声明，而没有定义函数的实现，那么，是在哪里实现”printf”函数的呢？最后的答案是：系统把这些函数实现都被做到名为libc.so.6的库文件中去了，在没有特别指定时，Gcc会到系统默认的搜索路径”/usr/lib”下进行查找，也就是链接到libc.so.6库函数中去，这样就能实现函数”printf”了，而这也就是链接的作用。

函数库一般分为静态库和动态库两种。静态库是指编译链接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，因此生成的文件比较大，但在运行时也就不再需要库文件了。其后缀名一般为”.a”。动态库与之相反，在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中，而是在程序执行时由运行时链接文件加载库，这样可以节省系统的开销。动态库一般后缀名为”.so”，如前面所述的libc.so.6就是动态库。Gcc在编译时默认使用动态库。

完成了链接之后，Gcc就可以生成可执行文件，如下所示。

 $ Gcc hello.o –o hello

运行该可执行文件，出现正确的结果如下。

 $ ./hello

Hello! This is our embedded world!

Gcc编译选项分析

Gcc有超过100个的可用选项，主要包括总体选项、告警和出错选项、优化选项和体系结构相关选项。以下对每一类中最常用的选项进行讲解。

（1）总体选项

Gcc的总结选项如表3.7所示，很多在前面的示例中已经有所涉及。

表2 Gcc总体选项列表

后缀名所对应的语言-c只是编译不链接，生成目标文件“.o”-S只是编译不汇编，生成汇编代码-E只进行预编译，不做其他处理-g在可执行程序中包含标准调试信息-o file把输出文件输出到file里-v打印出编译器内部编译各过程的命令行信息和编译器的版本-I dir在头文件的搜索路径列表中添加dir目录-L dir在库文件的搜索路径列表中添加dir目录-static链接静态库-llibrary连接名为library的库文件

 

对于“-c”、“-E”、“-o”、“-S”选项在前一小节中已经讲解了其使用方法，在此主要讲解另外两个非常常用的库依赖选项“-I dir”和“-L dir”。

· “-I dir”

正如上表中所述，“-I dir”选项可以在头文件的搜索路径列表中添加dir目录。由于Linux中头文件都默认放到了“/usr/include/”目录下，因此，当用户希望添加放置在其他位置的头文件时，就可以通过“-I dir”选项来指定，这样，Gcc就会到相应的位置查找对应的目录。

比如在“/root/workplace/Gcc”下有两个文件：

 

 

#include<my.h>

int main()

{

printf(“Hello!!n”);

return 0;

}

 

#include<stdio.h>

 

这样，就可在Gcc命令行中加入“-I”选项： 

$ Gcc hello1.c –I /root/workplace/Gcc/ -o hello1 

这样，Gcc就能够执行出正确结果。

小知识在include语句中，“<>”表示在标准路径中搜索头文件，““””表示在本目录中搜索。故在上例中，可把hello1.c的“#include<my.h>”改为“#include “my.h””，就不需要加上“-I”选项了。

 · “-L dir”

选项“-L dir”的功能与“-I dir”类似，能够在库文件的搜索路径列表中添加dir目录。例如有程序hello_sq.c需要用到目录“/root/workplace/Gcc/lib”下的一个动态库libsunq.so，则只需键入如下命令即可：

$ Gcc hello_sq.c –L /root/workplace/Gcc/lib –lsunq –o hello_sq

需要注意的是，“-I dir”和“-L dir”都只是指定了路径，而没有指定文件，因此不能在路径中包含文件名。

另外值得详细解释一下的是“-l”选项，它指示Gcc去连接库文件libsunq.so。由于在Linux下的库文件命名时有一个规定：必须以lib三个字母开头。因此在用-l选项指定链接的库文件名时可以省去lib三个字母。也就是说Gcc在对”-lsunq”进行处理时，会自动去链接名为libsunq.so的文件。

（2）告警和出错选项

Gcc的告警和出错选项如表3所示。

表3 Gcc总体选项列表

选项含义-ansi支持符合ANSI标准的C程序-pedantic允许发出ANSI C标准所列的全部警告信息选项含义-pedantic-error允许发出ANSI C标准所列的全部错误信息-w关闭所有告警-Wall允许发出Gcc提供的所有有用的报警信息-werror把所有的告警信息转化为错误信息，并在告警发生时终止编译过程

 下面结合实例对这几个告警和出错选项进行简单的讲解。如有以下程序段：

#include<stdio.h>

void main()

{

long long tmp = 1;

printf(“This is a bad code!n”);

return 0;

}

 

这是一个很糟糕的程序，读者可以考虑一下有哪些问题？

· “-ansi”

该选项强制Gcc生成标准语法所要求的告警信息，尽管这还并不能保证所有没有警告的程序都是符合ANSI C标准的。运行结果如下所示：

 

$ Gcc –ansi warning.c –o warning

warning.c: 在函数“main”中：

warning.c:7 警告：在无返回值的函数中，“return”带返回值

warning.c:4 警告：“main”的返回类型不是“int” 

可以看出，该选项并没有发现”long long”这个无效数据类型的错误。

· “-pedantic”

允许发出ANSI C标准所列的全部警告信息，同样也保证所有没有警告的程序都是符合ANSI C标准的。其运行结果如下所示： 

$ Gcc –pedantic warning.c –o warning

warning.c: 在函数“main”中：

warning.c:5 警告：ISO C90不支持“long long”

warning.c:7 警告：在无返回值的函数中，“return”带返回值

warning.c:4 警告：“main”的返回类型不是“int”

 

可以看出，使用该选项查看出了”long long”这个无效数据类型的错误。

· “-Wall”

允许发出Gcc能够提供的所有有用的报警信息。该选项的运行结果如下所示：

[root@localhost Gcc]# Gcc –Wall warning.c –o warning

warning.c:4 警告：“main”的返回类型不是“int”

warning.c: 在函数”main”中：

warning.c:7 警告：在无返回值的函数中，”return”带返回值

warning.c:5 警告：未使用的变量“tmp”

使用“-Wall”选项找出了未使用的变量tmp，但它并没有找出无效数据类型的错误。

另外，Gcc还可以利用选项对单独的常见错误分别指定警告，有关具体选项的含义感兴趣的读者可以查看Gcc手册进行学习。

（3）优化选项

Gcc可以对代码进行优化，它通过编译选项“-On”来控制优化代码的生成，其中n是一个代表优化级别的整数。对于不同版本的Gcc来讲，n的取值范围及其对应的优化效果可能并不完全相同，比较典型的范围是从0变化到2或3。

不同的优化级别对应不同的优化处理工作。如使用优化选项“-O”主要进行线程跳转（Thread Jump）和延迟退栈（Deferred Stack Pops）两种优化。使用优化选项“-O2”除了完成所有“-O1”级别的优化之外，同时还要进行一些额外的调整工作，如处理器指令调度等。选项“-O3”则还包括循环展开和其他一些与处理器特性相关的优化工作。

虽然优化选项可以加速代码的运行速度，但对于调试而言将是一个很大的挑战。因为代码在经过优化之后，原先在源程序中声明和使用的变量很可能不再使用，控制流也可能会突然跳转到意外的地方，循环语句也有可能因为循环展开而变得到处都有，所有这些对调试来讲都将是一场噩梦。所以笔者建议在调试的时候最好不使用任何优化选项，只有当程序在最终发行的时候才考虑对其进行优化。

（4）体系结构相关选项

Gcc的体系结构相关选项如表3.9所示。

表4Gcc体系结构相关选项列表

选项含义-mcpu=type针对不同的CPU使用相应的CPU指令。可选择的type有i386、i486、pentium及i686等-mieee-fp使用IEEE标准进行浮点数的比较-mno-ieee-fp不使用IEEE标准进行浮点数的比较-msoft-float输出包含浮点库调用的目标代码-mshort把int类型作为16位处理，相当于short int-mrtd强行将函数参数个数固定的函数用ret NUM返回，节省调用函数的一条指令

陆续会不断更新GDB学习资料的整理内容，欢迎大家一起学习。http://blog.csdn.net/shisizong/article/details/53184163

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