【项目一】GCC（gcc，g++）、静态库、动态库、MakeFile、GDB调试

GCC、静态库

- 1.2 GCC(1）gcc
- - （1）常用命令
  - （2） C程序编译过程
  - （3）GCC工作流程
- 1.3 GCC(2）g++
- 1.3静态库的制作
- 1.5静态库的使用
- 1.6动态库的制作
- 1.7动态库加载失败的原因
- 1.8解决动态库加载失败的原因(用add把动态库加载到内存中去)
- 1.9静态库与动态库对比
- 1.10MakeFile
- 1.13 GDB调试
- - 1.13.1 GDB准备、启动、退出、查看代码
  - 1.13.2 GDB断点操作
  - 1.13.3 GDB利用断点查看数值

1.2 GCC(1）gcc

在这里插入图片描述

（1）常用命令

1、ctrl+l 清空屏幕
2、使用gcc编译
gcc xx.c -o app
解释：gcc + 文件名 + -o（用于指定编译后的文件名） + app(文件名)
3、生成可执行文件
./app
解释：运行刚刚编译出来的文件
如果gcc xx.c -o app不加-o，只有gcc xx.c
那么会生成一个a.out的可执行程序

（2） C程序编译过程

在这里插入图片描述

高级语言编译成汇编语言
汇编语言汇编成机器语言
机器语言运行

（3）GCC工作流程

在这里插入图片描述

预处理：
1、展开头文件，将头文件中的内容复制进源代码
2、删除注释
3、对定义的宏做宏替换
指令： gcc test.c -E -o test.i

编译器：
将源代码编译成汇编代码(.s)
gcc test.i -S -o test.s
直接执行gcc test.c -S也会生成.s文件（就包含了预处理这一步）

汇编器：
将汇编代码汇编成目标代码(.O)
gcc test.s -c -o test.o

链接：
-c 生成目标代码 test.o，test.o 不是一个可执行程序。如果下一步需要继续链接成可执行程序，需要输入指令 gcc test.o -o test.out（这里直接将 .o 目标文件链接成可执行程序 test.out，可以有多个 .o 文件，这里只有一个）

所以整个直接 gcc test.c 包含了预处理，编译，汇编，链接成可执行文件4步。

1.3 GCC(2）g++

别管那么多，c就用gcc，cpp就应g++

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

-D使用示例：


#include <stdio.h>
#define PI 3.14

int main(){
    int a = 10;
#ifdef DEBUG
    printf("我不会爬树\n");
#endif // DEBUG
    for(int i = 0; i < 3; ++i){
        printf("hello,GCC\n");
    }
    return 0;
}

在这里插入图片描述
-Wall使用示例：

在这里插入图片描述

1.3静态库的制作

在这里插入图片描述静态库实际上是将.c文件们打包。这些.c文件定义的函数，都在.h文件中申明。这样只需要把静态库和头文件给用户，用户就可以知道那些函数可以调用，但不清楚函数的具体实现。

-c使用示例：（生成.o文件）
在这里插入图片描述制作静态库之前，首先需要把.c文件用gcc命令和 -c选项做成.o文件。 src目录下：gcc -c add.c div.c mult.c sub.c 是要报错的，因为找不到.h文件。如下所示。
所以实际上还要加上-I(大写i)选项，后面跟上.h所在的文件夹路径，告诉编译器去这个路径下找头文件：
gcc -c add.c div.c mult.c sub.c -I …/include/
注：.c文件在-c选项的前面还是后面无所谓
gcc add.c div.c mult.c sub.c -c -I …/include/
也可以。

ar命令的使用：（将.o文件打包成静态库）
ar rcs libsuanshi.a add.o div.o sub.o mult.o
移动命令：mv + 文件名 + 目的文件夹路径

1.5静态库的使用

在这里插入图片描述

参数选项
1、-I(大写i) ：查找头文件的路径（后面跟目录）
使用： -I 路径
例如：gcc main.c -o app -I ./include/
在这里插入图片描述此时只找到了头文件，但没找到这些函数的定义，也就是静态库

2、-l（小写L）：指定加载哪个库（后面跟的是库名字，不是库的文件名）
文件名：libcala.a
库名：calc

3、-L：指定到哪个文件夹下去找静态库（后面跟目录）

示例：
gcc main.c -o app -I ./include/ -l calc -L ./lib/
在这里插入图片描述

1.6动态库的制作

在这里插入图片描述

什么叫：与位置无关？
“与位置无关”（Position-Independent Code，简称PIC）的代码是一种可执行代码，它在内存中的位置不影响其执行。换句话说，它可以在任何地方执行，而不需要修改。
这是通过使所有代码引用都通过间接寻址实现的，如通过全局偏移表（Global Offset Table，简称GOT）。例如，不是直接引用数据或函数的绝对地址，而是从GOT中查找这些地址。
这种方法的主要好处之一是，可以创建可以在多个程序之间共享的库。这就是所谓的动态链接库或共享库。因为每个程序可以将库加载到内存中的不同位置，而库代码的执行不受其在内存中的实际位置影响，因此可以共享。
如果你在用gcc编译代码时，可以使用-fPIC或-fpic选项来生成与位置无关的代码。这两个选项之间的区别在于，-fpic生成的代码使用的GOT较小，因此可能在大型程序中无法使用，而-fPIC则没有这个限制，但生成的代码可能会稍大一些。在大多数情况下，建议使用-fPIC选项。

1、制作动态库：
生成与位置无关的.o文件
gcc -c -fpic add.c div.c sub.c mult.c （如果头文件不在，记得指定头文件文件夹 -I …/include/ ）
生成动态库
gcc -shared add.o sub.o mult.o div.o -o libcalc.so

2、使用动态库
在这里插入图片描述
与使用静态库一样，要指定头文件所在路径。动态库所在路径以及要使用的动态库名字(不是文件名字)
gcc main.c -o main -I ./include/ -l calc -L ./lib/

但这样使用会报错，运行main这个可执行文件的时候找不到动态库文件
在这里插入图片描述

1.7动态库加载失败的原因

原因：gcc在链接时动态库代码不会被打包进可执行文件中，只会放入一些相关信息。所以在程序运行以后，需要通过系统的动态载入器找到动态库的绝对路径（找的顺序如下图所示），然后把动态库加载到内存中。如果我们没给这个绝对路径，那就会找不到动态库。
在这里插入图片描述

ldd：list dynamic dependendcies 列出动态依赖库
在这里插入图片描述后面的一串数组是内存地址，此时可以看到 libcalc.so这个动态库没有被找到。

每个程序就是一个进程，linux会为每个进程分配虚拟地址空间（DT_RPATH段）

1.8解决动态库加载失败的原因(用add把动态库加载到内存中去)

1、配置环境变量
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/wcx/linux/lesson06/library/lib（冒号后面是动态库的绝对路径）
查看是否配置成功
1）echo $LD_LIBRARY_PATH
回车以后会显示绝对路径
在这里插入图片描述

2）ldd + 可执行文件
会列出该文件需要的动态库以及各个库的位置
在这里插入图片描述

弊端
在终端的环境变量里配置只是临时的，一旦开一个新终端就失效了

2、用户级别的配置
配置.bashrc文件，在home目录下（~）
vim打开
shift+G跳到最后一行
o 往下插入一行
输入配置路径：
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/wcx/linux/lesson06/library/lib
esc退出编辑模式，shift+：后，wq保存并退出
配置完成后还需要使文件生效 . .bashrc。第一个点相当于source，所以写成 source .bashrc也可以

这样配置好的动态库可以直接运行可执行文件，不必再指定头文件和库文件的位置。

3、系统级别的配置
需要管理员权限
sudo vim /etc/profile
到最后一行
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/wcx/linux/lesson06/library/lib
保存退出
配置完成后还需要使文件生效 . /etc/profile。第一个点相当于source，所以写成 source /etc/profile也可以

以上两种配置环境变量的方式打开新的终端可能还要source以下文件才能生效。同样，如果删除这条环境变量，需要开一个新终端才能生效。

4、配置 /etc/ld.so.cache文件
该文件是二进制文件，无法直接输入
所以要通过sudo vim /etc/ld.so.conf文件配置
进入文件后，将绝对路径复制进去就行/home/wcx/linux/lesson06/library/lib
更新：sudo ldconfig ( ldconfig第一个字母是小写L)

5、把文件放到 /lib/ 或者 /user/lib目录下
但是不建议，因为里面本身就包含了许多系统自带的库文件，如果自己写得库文件和系统重名，有可能会被替换，很危险。

1.9静态库与动态库对比

总得来说：库比较小就用静态库，比较大就用动态库
在这里插入图片描述

发布程序无需提供静态库，移植方便
打包成可执行程序以后直接把可执行程序给别人就可以，不用给静态库，因为静态库已经复制进去了。

消耗系统资源，浪费内存
多个程序使用同一个静态库的时候，每一个程序都会把静态库复制进去

更新、部署、发布麻烦
由于每个程序之间相互独立，如果静态库做修改，那么所有涉及到这个静态库的程序都要重新编译

在这里插入图片描述

1.10MakeFile

在这里插入图片描述 1、创建MakeFile文件示例
以该文件夹下文件为例：
1）vim Makefile 创建新文件并进入
2）编写Makefile
3）执行make命令
会自动找到当前目录下的那个Makefile文件

在这里插入图片描述
命令在执行之前，需要先检查规则中的依赖是否存在
如果存在，执行命令
如果不存在，向下检查其它的规则，检查有没有一个规则是用来生成这个依赖的如果找到了，则执行该规则中的命令

比如这里第一条规则要找.o文件
不存咋，所以往下看其他规则，先把.c文件生成成.o文件
此外，由于MakeFile中其他规则都是为第一条规则服务的，如果与第一条规则无关，那就不会被执行。比如最后一行有个
b.o:b.c
gcc -c b.c -o b.o
跟第一行规则无关，就不会生成b.o文件

检测更新，在执行规则中的命令时，会比较目标和依赖文件的时间
如果依赖的时间比目标的时间晚，需要重新生成目标
如果依赖的时间比目标的时间早，目标不需要更新，对应规则中的命令不需要被执行

在这里插入图片描述

现在，在第一条规则中找依赖。发现4个.o文件都没有，于是会向下找规则来生成.o文件。四个.o文件其实用的规则是一样的，所以我们可以用模式匹配。首先找sub.o文件，发现下面有规则适用，于是调用。然后找add.o发现这个规则也适用，于是继续调用。

在这里插入图片描述

$(函数名参数)
上图中，wildcard就是函数名 wildcard：未知数
示例中：.c ./sub/.c 是两个目录，意思是要获取当前目录下的所有.c文件，以及当前目录下的sub目录下，所有.c文件。多个目录之间用空格隔开

在这里插入图片描述

关于伪命令
clean:
rm &(objs) -f
这条规则其实不生成任何文件
但如果在当前目录下有了一个clean文件，在执行这条命令的时候就会比较依赖和目标的前后。由于没有依赖，目标就会是最新的，这个命令就会一直不执行。
所以要在前面加上 .PHONY，说明他后面跟的目标都被是伪目标。这样即使有clean文件也不影响这个命令的执行。
注：
在执行make的时候，由于clean和第一条规则无关，所以不会自动执行，要 make clean才会执行

1.13 GDB调试

在这里插入图片描述

1.13.1 GDB准备、启动、退出、查看代码

1、准备工作：使用-g选项生成带源码信息的可执行程序
在这里插入图片描述可以看到，test文件大于test1文件，说明-g选项添加一些源码信息到可执行文件中。
注：-h选项是在列出文件信息的时候，把文件大小转成更容易阅读的K，KB ，G等大小

2、启动调试
gdb+可执行程序
在这里插入图片描述
3、给程序设定参数
test.c文件中可以看到，main函数是有参数的

设置参数：set args +参数

显示参数：show args
在下一行就会有：程序开始调试时的参数列表是：10 20 在这里插入图片描述 4、退出gdb调试模式
直接写quit或者q就可以
5、help
在调试模式下，键入help，help all是显示所有帮助信息，可以回车显示下一屏。
如果需要有针对显示可以写 help set
那么就会显示所有set开头的命令，比如 set args

5、查看代码
vim test.c
set nu 显示行号
也可以在gdb里面查看
1）list就可以，一次显示10行，回车或者list显示下面10行
2）list + 行号：list 20 就会把20作为中间行，显示15-25行
3）list+函数名：list main 会把main函数开始的那一行作为中间行显示出来
4）有时候可执行文件不会只有一个.c文件生成
在这里插入图片描述
此时直接输入list或者l，默认显示main函数所在的文件
如果查看非当前文件代码：
list/1 文件名:行号：list bubble.cpp:1
list/1 文件名:函数名:list select.cpp:selectSort