【Linux下的cpp】编译调试（gcc、g++、gdb）

不管是从事何种语言开发，合适的IDE以及开发环境是必不可少的。

简述gcc、g++、gdb

相同点

• GNU 项目：它们都是 GNU 项目的一部分，并且都是开源的。
• 命令行工具：它们都是命令行工具，适用于 Unix/Linux 环境。
• 开发工具链：它们都是开发工具链的一部分，用于编译和调试程序。

不同点

• 功能：

  • gcc：主要用于编译 C 语言程序。

  gcc -o myprogram myprogram.c
  

  • g++：主要用于编译 C++ 语言程序。

  g++ -o myprogram myprogram.cpp
  

  • gdb：用于调试程序，而不是编译。

  gdb myprogram
  

• 输入和输出：

  • gcc 和 g++：接受源代码文件（如 .c 或 .cpp）并生成目标文件或可执行文件。
  • gdb：接受可执行文件，用于调试运行中的程序。

总结

• gcc 是一个通用编译器，主要用于编译 C 语言代码。
• g++ 是一个专门的编译器，主要用于编译 C++ 语言代码。
• gdb 是一个调试器，用于调试 C、C++ 及其他语言编写的程序。

编译过程

编译单个c++文件：g++ test.cpp -o test

单次编译命令

预处理 -》 编译 -》 汇编 -》链接

# 预处理
# -E 指示编译器仅对输入文件进行预处理
# -o  指定输出文件(这里是test.i)
g++ -E test.cpp -o test.i		// 生成.i文件# 编译
# -S 让g++在为C++代码生成汇编语言文件后停止编译
# g++ 产生的汇编语言文件的缺省扩展名是 .s
g++ -S test.i -o test.s# 汇编
# -c 让g++把源代码编译为机器语言的目标代码（只编译，不链接）
g++ -c test.s -o test.o# 链接
# 生成可执行文件
g++ test.o -o test

g++ 编译参数

1. -g 编译带调试信息的可执行文件

# -g 选项告诉 GCC 产生能被 GNU 调试器GDB使用的调试信息，以调试程序。
# 产生带调试信息的可执行文件test
g++ -g test.cpp -o test

2. -O[n] 优化源代码

## 所谓优化，例如省略掉代码中从未使用过的变量、直接将常量表达式用结果值代替等等，这些操作会缩减目标文件所包含的代码量，提高最终生成的可执行文件的运行效率。# -O 选项告诉 g++ 对源代码进行基本优化。这些优化在大多数情况下都会使程序执行的更快。 -O2 选项告诉 g++ 产生尽可能小和尽可能快的代码。 如-O2，-O3，-On（n 常为0–3）
# -O 同时减小代码的长度和执行时间，其效果等价于-O1
# -O0 表示不做优化
# -O1 为默认优化
# -O2 除了完成-O1的优化之外，还进行一些额外的调整工作，如指令调整等。
# -O3 则包括循环展开和其他一些与处理特性相关的优化工作。
# 选项将使编译的速度比使用 -O 时慢， 但通常产生的代码执行速度会更快。# 使用 -O2优化源代码，并输出可执行文件
g++ -O2 test.cpp

3. -l | -L 指定库文件/ 指定库文件路径

# -l参数(小写)就是用来指定程序要链接的库，-l参数紧接着就是库名
# 在/lib和/usr/lib和/usr/local/lib里的库直接用-l参数就能链接# 链接glog库
g++ -lglog test.cpp# 如果库文件没放在上面三个目录里，需要使用-L参数(大写)指定库文件所在目录
# -L参数跟着的是库文件所在的目录名# 链接mytest库，libmytest.so在/home/bing/mytestlibfolder目录下
g++ -L/home/bing/mytestlibfolder -lmytest test.cpp

4. -I 指定头文件搜索目录

# -I
# /usr/include目录一般是不用指定的，gcc知道去那里找，
#但是如果头文件不在/usr/icnclude里我们就要用-I参数指定了，
# 比如头文件放在/myinclude目录里，那编译命令行就要加上-I/myinclude 参数了，如果不加你会得到一个”xxxx.h: No such file or directory”的错误。
# -I参数可以用相对路径，比如头文件在当前目录，可以用-I.来指定。上面我们提到的–cflags参数就是用来生成-I参数的。g++ -I/myinclude test.cpp

5. -W 打印警告信息
6. -w 关闭警告信息
7. -std=c++11 设置编译标准
8. -o 指定输出文件名
9. -c 只编译，不链接
10. -D 定义宏

命令行编译演练

1、直接编译

# 将 main.cpp src/Swap.cpp 编译为可执行文件
g++ main.cpp src/swap.cpp -Iinclude
# 运行a.out
./a.out

2、生成库文件并编译

注意源文件list 可以放在g++之后，也可以放在命令行最后

链接静态库并生成可执行文件

1. 简单生成静态库（-c则是编译选项）
   • 语法：g++ -c -o libpublic.a public.cpp
   • 包含头文件则添加-I相对路径
2. 指定库：
   • -l+指定库名(即libxxxx.a中的xxxx)
   • -L指定库目录(即静态库文件放在哪里)
3. 链接不带任何限制参数（-o的作用是指定名称，而非链接选项）

# 将需要用到的库编译成机器语言文件
# g++ 源文件 -c(转为机器语言) -I(头文件目录)
# 将生成swap.o
g++ swap.cpp -c -I../include# 生成静态库swap.a（这里的lib是前缀，只要生成静态库都需要这个前缀）
ar rs libswap.a swap.o# 将main.cpp编译为可执行的static_main
# g++ 源文件 -l指定库文件 -L指定库目录 -I指定头文件目录 -o 可执行文件名
g++ main.cpp -lswap -Lsrc -Iinclude -o static_main

链接动态库生成可执行文件

1. 制作动态库g++ -fPIC -shared -o lib库名.so 源代码文件清单
   • -fPIC -shared:表示制作动态库
2. 使用动态库需要改变环境变量选项：
   1. echo $LD_LIBRARY_PATH：查看当前库环境变量
   2. export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:动态库所在目录的绝对路径

# 生成动态库libswap.so
g++ swap.cpp -I../include -fPIC -shared -o libswap.so# 生成可执行文件
# g++ 源文件 -I头文件目录 -l库名 -L库目录 -o 指定程序名
g++ main.cpp -Iinclude -lswap -Lsrc -o dynamic_main# 运行方法一，手动指定动态库目录和运行文件
# 执行动态库生成后的可执行文件
# =指定库目录  可执行文件
LD_LIBRARY_PATH=src ./dynamic_main# 运行方法二：将动态库所在目录加入系统的动态库环境变量中
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:动态库所在目录的绝对路径

gdb调试器

gdb调试器是Linux下系统开发C/C++最常用的调试器。

Tips:

1. 编译程序时需要加上-g，之后才能用gdb进行调试：g++ -g main.cpp -o main

2. 回车键：重复上一命令

1. 常用调试命令参数

调试开始：执行gdb [exefilename] ，进入gdb调试程序，其中exefilename为要调试的可执行文件名

## 以下命令后括号内为命令的简化使用，比如run（r），直接输入命令 r 就代表命令run$(gdb)help(h)	# 查看命令帮助，具体命令查询在gdb中输入help + 命令$(gdb)run(r)	# 重新开始运行文件（run-text：加载文本文件，run-bin：加载二进制文件）$(gdb)start		# 单步执行，运行程序，停在第一行执行语句$(gdb)list(l) 	# 查看原代码（list-n,从第n行开始查看代码。list+ 函数名：查看具体函数）$(gdb)set		# 设置变量的值，如：1. set args a b c （当main函数带参时）; 2. 改变内部变量的值 set var name = "aaa"$(gdb)next(n)   # 单步调试（逐过程，函数直接执行）$(gdb)step(s)	# 单步调试（逐语句：跳入自定义函数内部执行）$(gdb)backtrace(bt)	# 查看函数的调用的栈帧和层级关系$(gdb)frame(f) 	# 切换函数的栈帧$(gdb)info(i) 	# 查看函数内部局部变量的数值$(gdb)finish	# 结束当前函数，返回到函数调用点$(gdb)continue(c)	# 继续运行$(gdb)print(p)	# 打印值及地址$(gdb)quit(q) 	# 退出gdb$(gdb)break+num(b)			# 在第num行设置断点, b20行设置断点$(gdb)info breakpoints		# 查看当前设置的所有断点$(gdb)delete breakpoints num(d)	# 删除第num个断点$(gdb)display				# 追踪查看具体变量值$(gdb)undisplay				# 取消追踪观察变量$(gdb)watch					# 被设置观察点的变量发生修改时，打印显示$(gdb)i watch				# 显示观察点$(gdb)enable breakpoints	# 启用断点$(gdb)disable breakpoints	# 禁用断点$(gdb)x						# 查看内存x/20xw 显示20个单元，16进制，4字节每单元$(gdb)run argv[1] argv[2]	# 调试时命令行传参$(gdb)set follow-fork-mode child#Makefile项目管理：选择跟踪父子进程（fork()）

常用命令演示

# 启动调试可执行文件
rdjroot@TM:~/Coding/cppnet$ gdb server# 设置main函数的入参，第一个可执行文件已省略
(gdb) set args 5005# 设置跟踪文件
(gdb) file ~/Coding/cppnet/server
# 展示90行左右的代码
(gdb) list 90# 设置断点在88行
(gdb) b 88# start开始执行，会在main函数前停止，直到continue.
# run会直接执行
(gdb) start# 设置监视变量（公式）
(gdb) display eventfd# 删除监视变量
(gdb) undisplay 1（这里是变量的id或者变量名）# 显示所有的监视变量
(gdb) info display# 退出调试
(gdb) quit

2. gdb 切换线程

常用的 thread 命令示例：

1. info threads：显示当前程序中所有线程的信息，包括线程号和调用堆栈。

2. thread <thread-id>：切换到指定线程。您可以使用线程号或者线程索引（从0开始）来切换到相应的线程。

3. info inferiors：显示所有程序执行实例的信息，每个实例对应一个线程组。

4. thread apply <thread-id-list> <gdb-command>：对指定线程列表执行命令。例如，thread apply 1 2 3 bt将对线程1、2和3依次执行 bt 命令（打印调用堆栈）。

通过这些命令，您可以方便地管理和调试多线程程序。

3. gdb命令行调试演练

使用gdb命令打开用-g生成的可执行文件，进行调试

4、gdb调试core文件

1. 修改core限制

# 查看系统限制参数
ulimit -a 
# 修改core问价大小为無限
ulimit -c unlimited

2. 再次启用运行程序，如果出错会产生core.xxx文件
3. 调试core文件:gdb core.xxx runexe。->进入gdb命令界面，会显示错误行数
4. bt查看函数调用栈

5、调试正在运行的程序

1. 使用命令查看正在执行程序的进程编号:ps -ef | grep run_exe

2. gdb run_exe -p process_num - > 会使正在运行的程序暂停

修改core限制

# 查看系统限制参数
ulimit -a 
# 修改core问价大小为無限
ulimit -c unlimited

2. 再次启用运行程序，如果出错会产生core.xxx文件
3. 调试core文件:gdb core.xxx runexe。->进入gdb命令界面，会显示错误行数
4. bt查看函数调用栈

5、调试正在运行的程序

1. 使用命令查看正在执行程序的进程编号:ps -ef | grep run_exe

[外链图片转存中…(img-5Md3n8KT-1726372189697)]

2. gdb run_exe -p process_num - > 会使正在运行的程序暂停

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参考：

[1] 基于VSCode和CMake实现的C/C++开发-Linux篇