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GCC和GDB基础知识

news 来源：原创 2025/8/29 2:56:13

1 GCC和G++

一套开源的编译器，支持 C、C++、Fortran 等语言。它负责将人类编写的源代码（如 .c 文件）翻译成计算机能执行的二进制文件（如 .exe）。
核心作用：

预处理：处理宏、头文件展开等。
- 编译：将代码转为汇编语言。
- 汇编：将汇编转为机器码（.o 目标文件）。
- 链接：将多个目标文件和库合并成最终可执行文件。

1.1 编译单个源文件

命令 :gcc hello.c -o hello

在这个示例中，gcc 是编译器命令，hello.c 是要编译的源文件，-o 选项用于指定输出的可执行文件的名称，hello 就是最终生成的可执行文件。

1.2 编译多个源文件

语法：gcc [选项] 源文件1 源文件2 ... -o 可执行文件
示例: gcc main.c utils.c -o program

note:gcc 只有一个入口就是int main，也就是说 utils.c 是作为库文件

这样，GCC 会将 main.c 和 utils.c 一起编译，并链接成一个可执行文件 program

1.3 指定头文件搜索路径

语法：gcc [选项] -I 头文件路径源文件 -o 可执行文件
示例：如果你的头文件存放在 ./include 目录下，编译 main.c 时可以这样指定头文件搜索路径。:gcc -I ./include main.c -o program

1.4 编译时添加库文件（）

语法：gcc [选项] 源文件 -L 库文件路径 -l 库名 -o 可执行文件
示例：假设你要使用一个名为 mylib 的库，该库文件存放在 ./lib 目录下，编译 main.c 时可以这样添加库文件。：gcc main.c -L ./lib -l mylib -o program

疑问：头文件和库文件分别的作用是啥：

头文件在编译阶段：：头文件主要包含函数声明、宏定义、类型定义等信息，在编译源文件时，编译器需要这些信息来理解代码中使用的函数和类型。例如，当你在源文件中调用一个函数时，编译器需要知道这个函数的参数类型和返回值类型，这些信息通常在头文件中提供。编译器会将源文件和头文件进行预处理，生成预处理后的。
库文件在链接时起到关键作用。链接器的主要任务是将多个目标文件（由源文件编译生成）和库文件组合成一个可执行文件。库文件中包含了已经编译好的代码，链接器会在库文件中查找源文件中调用的函数的实际定义，并将这些定义插入到最终的可执行文件中。

疑问：什么静态库和动态库

静态库（Static Library）是一种在编译时被完整地复制到可执行文件中的库文件。它包含了已经编译好的代码和数据，通常以 .a（在 Unix/Linux 系统）或 .lib（在 Windows 系统）为文件扩展名。生成静态库
ar rcs libutils.a utils.o
动态库（Dynamic Library）也称为共享库（Shared Library），是一种在运行时被动态加载到内存中的库文件。它通常以 .so（在 Unix/Linux 系统）或 .dll（在 Windows 系统）为文件扩展名。生成动态库
gcc -shared -fPIC utils.o -o libutils.so
note:但是在链接库的时候都是一样的操作 gcc main.c -L. -lutils -o program
-l 选项后面的库名可以同时代表静态库和动态库，编译器会根据搜索路径和链接策略来选择具体的库文件进行链接。

1.5 生成调试信息

语法:gcc [选项] -g 源文件 -o 可执行文件
示例：编译 hello.c 并生成带有调试信息的可执行文件 hello
gcc -g hello.c -o hello
-g 方便使用调试工具（如 GDB）进行调试

1.6 优化编译

定义:优化编译是指在编译过程中，编译器对源代码进行一系列分析和转换，以生成执行效率更高、占用资源更少的目标代码的过程
语法：

# 不进行优化
gcc -O0 main.c -o program_O0
# 基本优化
gcc -O1 main.c -o program_O1
# 中等优化
gcc -O2 main.c -o program_O2
# 高级优化
gcc -O3 main.c -o program_O3
# 优化代码大小
gcc -Os main.c -o program_Os

优点

提高性能：优化编译可以显著提高程序的执行速度，减少响应时间，提升用户体验。
节省资源：优化后的代码通常占用更少的内存和磁盘空间，降低了系统资源的消耗。
增强可移植性：编译器的优化操作可以根据不同的目标机器进行调整，使代码在不同的平台上都能获得较好的性能。

缺点

增加编译时间：优化级别越高，编译器需要进行的分析和转换操作就越多，编译时间也就越长。
调试困难：优化后的代码可能与源代码的结构差异较大，增加了调试的难度。在调试阶段，通常建议使用 -O0 级别进行编译。
可能引入错误：在某些情况下，优化操作可能会引入一些难以察觉的错误，特别是在处理复杂的代码逻辑时。因此，在进行优化编译后，需要进行充分的测试。

1.7 其他常见的命令

-c

通常，一个完整的编译过程包含预处理、编译、汇编和链接这几个步骤。当使用 gcc -c 时，GCC 会完成从源文件到目标文件的转换，也就是完成预处理、编译和汇编这三个步骤，最终生成后缀为 .o 的目标文件，但不会执行链接步骤，不会把多个目标文件和库文件合并成可执行文件。

示例：假设项目中有 main.c 和 utils.c 两个源文件，可按如下方式分别编译

gcc -c main.c -o main.o
gcc -c utils.c -o utils.o

上述代码分别将 main.c 和 utils.c 编译成 main.o 和 utils.o 目标文件。之后，若只修改了 utils.c，就只需重新编译 utils.c 即可。

gcc main.o utils.o -o program

运行即可

wall

Wall 选项的主要作用是开启编译器的大部分常见警告信息。当你使用该选项编译代码时，GCC 会检查代码里可能存在的问题与潜在错误，一旦发现就会输出相应的警告信息，这有助于你在编译阶段就发现代码中的一些小错误或者不规范的地方，进而提升代码的质量与健壮性。

2 GDB(GNU Debugge)

GDB是什么：一个调试器，用于在程序运行时检查其内部状态（如变量值、内存、函数调用栈等），帮助定位代码中的逻辑错误（Bug）。

调试（Debugging）是软件开发过程中发现、定位和修复程序错误（Bug）的核心环节。简单来说，调试就像“给程序看病”：当程序运行结果不符合预期、崩溃或出现异常时，开发者需要通过调试工具和方法，一步步找到问题的根源并修复它。
核心功能：

设置断点（break）、逐行执行（next/step）。
查看变量值（print）、监控内存（x）。
分析程序崩溃时的错误原因（如段错误）。

2.1常用命令

命令格式	功能描述	知识拓展
`l(list)` 行号/函数名	按照指定的行号或者函数名来显示对应代码，每次显示的代码量为 10 行。	`list` 命令是调试时查看源码的重要工具。若不指定行号或函数名，默认会从上次显示的位置继续显示后续代码。可使用 `list -` 查看上一个 10 行代码。若源码文件较大，可结合 `list` 行号范围，如 `list 1,20` 查看第 1 行到第 20 行的代码。
`r(run)`	若程序中没有设置断点，就直接启动程序运行；若存在断点，则从第一个断点处开始程序的运行，类似于在其他开发环境中按下 F5 键。	在使用 `run` 命令前，若程序有命令行参数，可使用 `set args` 命令设置参数，如 `set args 1 2 3` 。若程序运行崩溃，可使用 `run` 重新启动程序继续调试。
`b(breakpoint) + 行号`	在当前文件指定的行号位置设置一个断点，当程序执行到这一行时会暂停运行。	除了在当前文件行号打断点，还能指定文件和行号，如 `break file.c:10` 。也可基于条件设置断点，如 `break 10 if x > 5` ，当变量 `x` 的值大于 5 时，程序才会在第 10 行暂停。
`b 源文件：函数名`	在指定源文件里的目标函数的起始行添加一个断点，当程序调用该函数时会暂停。	若多个文件中有同名函数，指定源文件可精确设置断点。对于 C++ 中的成员函数，要使用完整的类名和作用域解析运算符，如 `break MyClass::myFunction` 。
`b 源文件：行号`	在指定源文件的特定行号处设置断点，方便对特定文件中的某一行代码进行调试。	若源文件不在当前工作目录，可使用完整路径指定源文件，如 `break /home/user/project/file.c:20` 。这在多文件项目调试时很实用。
`info b`	查看所有已设置断点的详细信息，包括断点编号、位置、是否启用以及断点被命中的次数等。	该命令会显示断点编号、类型、位置、是否启用、命中次数等信息。可根据这些信息判断断点是否按预期工作，比如命中次数异常可能意味着代码逻辑有问题。
`d(delete) + 当前要删除断点的编号`	根据指定的断点编号，将对应的单个断点从断点列表中移除，不能使用行号来删除断点。	若要删除多个连续编号的断点，可使用范围删除，如 `delete 2-5` 。删除断点后，后续断点编号不会重新排序。
`d + breakpoints`	一次性清除所有已经设置的断点，使程序在后续运行时不会因为任何断点而暂停。	当调试接近尾声，不再需要断点时，可使用此命令快速清除所有断点。使用前要确认是否真的不需要任何断点了。
`disable b(breakpoints)`	让所有已设置的断点暂时失效，程序运行时会忽略这些断点，但断点信息依然保留。	禁用断点后，程序运行时不会在这些断点处暂停，但断点信息仍保留，可随时启用。这在临时跳过某些断点调试时很有用。
`enable b(breakpoints)`	恢复所有已设置断点的功能，使程序在运行过程中遇到这些断点时能够正常暂停。	与禁用断点对应，在临时禁用断点后，可使用此命令恢复所有断点的功能。
`disable b(breakpoint) + 编号`	针对指定编号的单个断点，使其暂时失去作用，程序运行到该断点时不会暂停。	当只想临时跳过某个特定断点时，可使用此命令。禁用的断点不会影响其他断点的正常工作。
`enable b(breakpoint) + 编号`	激活指定编号的单个断点，让该断点恢复正常功能，程序运行到此处会暂停。	用于恢复之前被禁用的特定断点。可根据调试进度灵活启用和禁用断点。
`enable breakpount`	此命令可能存在拼写错误，正确形式应为 `enable breakpoint` ，作用是使指定的单个断点生效。	使用时要准确指定断点编号，确保开启的是需要的断点。
`n(next)`	按行执行程序代码，若遇到函数调用，会将函数作为一个整体执行，不进入函数内部，类似于在其他开发环境中按下 F10 键，常用于查找函数级别的错误。	`next` 命令会执行下一行代码，若下一行是函数调用，会把函数当作一个整体执行，不会进入函数内部。这在不需要深入函数细节时可提高调试效率。
`s(step)`	逐行执行程序代码，当遇到函数调用时，会进入函数内部继续逐行调试，类似于在其他开发环境中按下 F11 键。	`step` 命令会逐行执行代码，遇到函数调用会进入函数内部，可详细查看函数内部的执行情况。但在调用库函数时，可能会进入库函数代码，可使用 `next` 跳过。
`bt`	显示当前程序的函数调用栈信息，按照从栈顶到栈底的顺序展示函数的调用过程，帮助了解程序的执行路径。	`bt` 命令会显示当前程序的调用栈，从栈顶到栈底依次显示函数调用顺序。可帮助定位程序崩溃时的错误位置，栈顶的函数通常是出错的位置。还可使用 `bt full` 显示更多变量信息。
`set var`	在调试过程中动态修改程序中变量的值，方便测试不同变量取值下程序的运行情况。	可在调试过程中动态修改变量的值，如 `set var x = 10` 。这有助于测试不同变量值下程序的行为，也可用于修复临时错误，继续调试。
`p(print) 变量名`	打印指定变量的当前值，方便在调试时查看变量的状态。	除了基本变量，`print` 还可以用于打印数组、结构体等复杂数据类型。例如对于数组 `int arr[5]`，可使用 `print arr` 查看数组内容；对于结构体 `struct Person { char name[20]; int age; } p;`，可使用 `print p` 查看结构体信息。还能使用表达式，如 `print x + 5` 计算并打印表达式的值。
`display` 变量名	跟踪指定的变量（可以是变量、结构体等），在程序每次暂停时都会自动显示该变量的值。	可以同时设置多个 `display` 变量，每个变量会分配一个唯一的编号。使用 `info display` 可以查看所有跟踪变量的信息，包括编号、表达式和当前值。这对于观察变量在程序执行过程中的变化非常有用。
`undisplay + 变量名编号`	取消对先前通过 `display` 命令设置跟踪的指定编号变量的跟踪。	当不再需要跟踪某个变量时，使用该命令可以清理跟踪列表，避免显示过多不必要的信息。注意要准确输入变量编号，否则无法正确取消跟踪。

2.2 最常用指令（指令三剑客）

until+ 行号:进行指定位置跳转，执行完区间代码
finish :在一个函数内部，执行到当前函数返回，然后停下来等待命令
c(continue) —— 从一个断点处，直接运行至下一个断点处。

不想献丑转链接-详细讲解可以看这个