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C++学习之Linux文件编译、调试及库制作

news 来源：原创 2025/7/5 14:47:12

1.rwx对于文件和目录的区别

2.gcc编译过程

3.数据段合并和地址回填说明

4.gcc编译其他参数

5.函数库简介

6.静态库的使用

7.动态库的简介

8.动态库制作基本流程

9.启动APP错误解决方案12

10.启动APP错误解决方案34

11.makefile一组规则

12.makefile的两个函数

13.makefile自动变量的定义和使用

14.makefile的all和clean使用

15.模式规则和静态模式规则

16.makefile的其它参数和变量使用

17.gbd调试、基础指令

18.gbd的其他指令

19.补充知识：栈帧

20.gbd中bt和frame命令

1.rwx对于文件和目录的区别

系统调用

什么是系统调用：

由操作系统实现并提供给外部应用程序的编程接口。(Application Programming Interface，API)。是应用程序同系统之间数据交互的桥梁。

C标准函数和系统函数调用关系。一个helloworld如何打印到屏幕。

2.gcc编译过程

fopen、fclose、fseek、fgets、fputs、fread、fwrite......

r 只读、 r+读写

w只写并截断为0、 w+读写并截断为0

a追加只写、 a+追加读写

open/close函数

函数原型：

int open(const char *pathname, int flags);

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

int close(int fd);

常用参数

O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR

O_APPEND、O_CREAT、O_EXCL、 O_TRUNC、 O_NONBLOCK

创建文件时，指定文件访问权限。权限同时受umask影响。结论为：

文件权限 = mode & ~umask

使用头文件：<fcntl.h>

3.数据段合并和地址回填说明

open常见错误：

1. 打开文件不存在

2. 以写方式打开只读文件(打开文件没有对应权限)

3. 以只写方式打开目录

文件描述符：

PCB进程控制块

可使用命令locate sched.h查看位置： /usr/src/linux-headers-3.16.0-30/include/linux/sched.h

struct task_struct { 结构体

文件描述符表

4.gcc编译其他参数

# gcc 编译器

## 编译过程

1. 预处理：预处理器
    - 将源文件，展开头文件、替换宏（变量宏、函数宏）、替换空行、空格、table、注释
    - gcc -E hello.c -o hello.i
        - -E: 预处理选项
        - -o：重命名。
2. 编译：编译器
    - 逐行检查程序中出现的语法和词法错误！简单的逻辑错误。—— **==所有编译过程中，最耗时==**
    - gcc -S hello.i -o hello.s
        - -S: 编译选项，如果编译无误，生成 .s 汇编文件。
3. 汇编：汇编器。
    - 将 .s 汇编文件中，的所有汇编指令，翻译成二进制机器码。
    - gcc -c hello.s -o hello.o
        - -c: 汇编选项。无错误检查。机械翻译。

4. 链接：连接器。-- ld --
    - 将 .o 的目标文件，链接库文件、数据段合并，地址回填。生成可执行文件。
    - gcc hello.o -o hello
        - 此过程无专用参数。 -o 不是连接过程必须使用的参数。

5.函数库简介

本质：一组函数。具有相近的功能或操作同一数据结构。
    - <string.h> : strcpy/strcmp/strcat/strlen/strstr/strchr/strtok ....
    - 自定义库：<mysort.h> : bubble_sort / select_sort/ quick_sort / insert_sort ....
- 作用：
    1. 代码复用。
    2. 程序积累。
- 发布形式：
    1. 源码形式：
        - 优点：方便使用者学习和使用。
        - 缺点：1. 保密性差。2. 编译程序耗时。3. 编译受平台、版本限制。
    2. 二进制形式：
        - 优点、缺点，与上述相反。

- 我们使用的函数：标准C库：/lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6

6.静态库的使用

## 静态库

### 简述

- 机制：在编译程序时，复制静态库的代码片，到可执行程序中。
- 优点：将函数库中的函数本地化。寻址方便，速度快。（库函数执行效率 == 自定义函数执行效率）
- 缺点：消耗系统资源大，每个使用静态库的程序，都要复制一份，静态库。浪费内存。
- 使用场景：多用于核心程序，保证时效性，可以忽略空间。

- 静态库使用的原理

7.动态库的简介

- 机制：代码共享。

- 优点：节省内存（共享）、易于更新（动态链接）

- 缺点：相较于静态库而言，函数调用速度慢（函数地址“延时绑定”）

- 使用场景：

    1. 对程序执行速度要求不是很强烈，而对系统资源有一定要求的场景。
    2. 对应更新比较频繁程序。
        1. 停止运行程序
        2. 使用新库覆盖旧库（保证新库、旧库名称一致。接口一致。）
        3. 重启程序。

    ![1583476366325](课堂笔记03.assets/1583476366325.png)

### 重点强调

1. 动态库是否加载到内存，取决于 “程序是否运行”。
2. 动态库加载至内存的位置，不固定。

### 制作

8.动态库制作基本流程

1. 生成与位置无关的目标文件：

    ```shell
    gcc -fPIC -c add.c mul.c sub.c
    ```

2. 制作动态库

    ```shell
    gcc -shared -o libmymath.so add.o sub.o mul.o
    ```

3. 测试使用动态库

    ```shello
    gcc hello.c -o app -L ./lib -l mymath -I ./inc
    ```

4. 查看动态库

    ```shell
    file libmymath.so

    libmymath.so: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, BuildID[sha1]=8e82c257df06f7e69e5b0e2c30d2056f4f13422b, not stripped
    ```

5. 启动程序 ./app ----> 报错：

    ```shell
    ./app: error while loading shared libraries: libmymath.so: cannot open shared object file: No such file or directory
    ```

    - 错误原因：“动态链接器” ld-linux-x86-64.so.2 搜索动态库的路径没有指定。

        - 链接器：工作于 gcc 编译4过程中的 “链接阶段”。工作结束，生成可执行文件。
        - 动态链接器：工作于可执行程序运行之后，辅助加载器负责将动态库加载到内存。

    - 查看错误：**ldd** 可执行文件名

9.启动APP错误解决方案12

解决上述错误。 —— 基本思想：给动态链接器指定动态库路径。

    1. 环境变量法。

        - export LD_LIBRARY_PATH=./lib  将当前动态库所在目录，加入到环境变量中。

        - 终端一旦退出，环境变量的修改无效。

    2. 配置文件法：

        - 将上述修改环境变量的指令，写入到 ~/.bashrc 中

        - 每次启动终端，自动生效

        ![1583479995415](课堂笔记03.assets/1583479995415.png)

10.启动APP错误解决方案34

3. 拷贝法：

        - 受程序使用 libc 库的启发。将自定义的 libmymath.so 文件拷贝到 /lib 或 /usr/lib 中

        - 为了执行用户自定义程序。需要修改系统配置。

    4. 【推荐使用】缓存文件法：

        1. 通过修改配置文件，修改缓存文件，生成动态连接器需要搜寻的新目录位置。

        2. 打开配置文件：sudo vim /etc/ld.so.conf

        3. 修改配置文件：将动态库的绝对路径添加到  /etc/ld.so.conf 文件中。

        4. 使用命令 sudo ldconfig -v 动态更新 ld.so.cache 文件（二进制文件）。该文件直接影响动态连接器搜索动态库位置。

        5. 原理：

11.makefile一组规则

# makefile

- 作用：进行项目管理。
- 初步学习：1个规则、2个函数、3个自动变量。
- 要想使用默认的make命令，管理项目。makefile文件名：必须是 “makefile”  或 “Makefile”

## makefile的规则

语法：

```makefile
目标：依赖条件
（一个tab缩进）命令

举例：
hello:hello.c
    gcc hello.c -o hello
```

- 目标的时间，必须晚于依赖条件的时间，否则，更新目标。
- 依赖条件，如果不存在，寻找新的规则去产生依赖条件。

```makefile
hello:hello.o add.o sub.o mul.o
    gcc hello.o add.o sub.o mul.o -o hello
hello.o:hello.c
    gcc -c hello.c -o hello.o
sub.o:sub.c
    gcc -c sub.c -o sub.o
add.o:add.c
    gcc -c add.c -o add.o
mul.o:mul.c
    gcc -c mul.c -o mul.o

12.makefile的两个函数

## 2个函数

```makefile
wildcard 函数：用来匹配文件名，得到字符串
src = $(wildcard ./*.c)  : 匹配当前工作目录下的所有.c文件。将文件名组成列表，赋值给变量 src
    相当于： src = add.c sub.c mul.c

patsubst 函数：用来字符串替换
obj = $(patsubst %.c, %.o, $(src)) : 将参3 中，包含参1的部分，替换为参2.
    相当于： obj = add.o sub.o mul.o
obj = $(patsubst %.c, %, $(src))
    相当于： obj = add sub mul
```

13.makefile自动变量的定义和使用

14.makefile的all和clean使用

### 普通变量 (自定义变量)

- 定义变量语法：变量名 = 变量值  （都是字符串）
    - 举例：foo = abc
- 取变量值语法：$(变量)
    - 举例：bar = $(foo)  ===>  bar = abc
- makefile 自带变量：
    - CC = cc
    - CPPFLAGES
    - CFLAGES
    - LDFLAGES

### 自动变量

- $@: 在规则的命令中，表示规则中的目标。
- $^:  在规则的命令中，表示所有依赖条件。
- $<:  在规则的命令中，表示第一个依赖条件。如果将该变量应用在 “模式规则” 中，它可以将依赖条件列表中的每一个依赖，依次取出，套用模式规则。

15.模式规则和静态模式规则

模式规则

- 可以将makefile文件中，具有严格统一格式的规则，使用模式规则代替。要求模式规则中，只能使用 “$<” 符号。

```makefile
%.o:%.c
    gcc -c $< -o $@
```

- 静态模式规则：
    - 将模式规则，指定给某一个变量使用。

```makefile
$(obj):%.o:%.c
      gcc -c $< -o $@
```

16.makefile的其它参数和变量使用

## 其他参数

- -n：模拟执行 makefile ，不真正执行！推荐首次编写 makefile 完成时，使用！！！
- -f：指定命名为非 “makefile” 的文件。执行make命令

17.gbd调试、基础指令

# gdb调试器

## 要求

- 程序必须是自己编写的（能完全看懂）。
- 只能用来调试逻辑错误！
- 必须添加 -g 参数，使用 gcc 编译生成的可以执行文件，才能调试！

## 基础指令

- -g：必须使用该参编译可执行文件，否则没有调试表！
- gdb ./a.out
- l/list:   list 1 列出源码，根据源码指定行号设置断点。 1 代表从第1行开始。
- b： b  55 在第 55 行添加断点。  b  main   在main函数位置添加断点。  b add 、b sub...
- run/r : 运存程序，启动调试！
    - 代码会自动运行，停止在断点处。断点对应的代码行，没有执行！
- n/next: 下一条指令（越过函数，不进入函数）
- s/step: 下一条指令（进入函数）
- p/print: 打印变量值。  如： p var ----- 查看 var 变量的值。
- continue: 继续执行断点后续的指令
- finish：结束当前函数调用。
- quit：退出当前gdb调试。

18.gbd的其他指令

- start：不使用断点，直接启动程序，开始单步调试。
- run/r：找出程序出现段错误的位置。用法：gdb启动调试，直接run 。停止的位置，就是出段错误与的代码位置。
- 设置main函数命令行参数：
    1. set args  参1 参2 参3 。。。  （在 start/run 之前设置。）
    2. run 参1 参2 参3 。。。
- info b ：查看断点信息表。
- b 23 if i = 5 ：设置条件断点。只有满足该条件时，断点才生效。
- 设置断点生效、失效。
    - disable 2 ：  设置编号为 2 号的断点，失效。使用 info b 查看。
    - enable  3 ：  设置编号为 3 号的断点，生效。使用 info b 查看。

- delete 1 ：删除编号为 1 号的断点。
- ptype ：查看变量类型。
- display：设置跟踪变量。如：display i。跟踪i变量
- undisplay：取消跟踪变量。使用跟踪变量的编号。  如： undisplay 2 ：取消 2 号变量的跟踪。
- bt：列出当前程序，正存活着的栈帧。
- frame：根据栈帧编号，切换栈帧。