1、Unix环境与编译工具讲稿Version 1.0Unix Programming Environment & Tools引用自 LouisYoung 杨强老师 修订历史摘要日期修改原因版本文档创建2009-4-18新建1.0目录1.GCC的使用51.1.编译C程序51.1.1.编译执行文件51.1.1.1.C程序中的文件后缀名51.1.1.2.编译单源程序61.1.1.3.编译多源程序71.1.2.编译目标文件81.1.2.1.编译成目标文件81.1.2.2.使用目标文件编译81.1.3.预处理81.1.3.1.预处理编译81.1.3.2.编译预处理文件81.1.3.3.预处理指令介绍91.1
2、.3.4.预定义宏介绍131.1.3.5.预处理与make选项141.1.3.6.编译环境变量141.1.4.生成汇编141.1.4.1.编译成汇编141.1.4.2.编译汇编141.1.5.创建静态库151.1.5.1.编译静态库151.1.5.2.ar指令151.1.5.3.使用静态库151.1.6.创建共享库161.1.6.1. 编译共享库161.1.6.2.定位共享库161.1.6.3.使用共享库171.1.6.4.库工具程序介绍181.1.6.5.其他编译选项221.1.7.C语言扩展221.1.7.1.控制C语言版本221.2.编译C+程序(基本上同C一样)232.GDB的使用24
3、2.1.GDB基础242.1.1.生成调试信息242.1.2.启动调试242.1.3.调试模式设置252.1.4.退出调试252.1.5.查看帮助252.2.使用GDB控制调试过程261. GCC的使用1.1.编译C程序1.1.1.编译执行文件Linux下最常用的编译器是gcc.(GNU Compiler Collection) 她通过不同的前端模块来支持对各种不同语言的。编译,如C、C+、Object C、Java、Fortran、Pascal、Ada等语言。GCC是可以在多种硬件平台上编译出可执行。程序的超级编译器.其执行效率与一般的编译器相比，平均效率要高20%-30%.在使用GCC编译
4、程序时,编译过程可以细分为4个阶段：a.预处理。b.编译。c.汇编。d.链接。程序员可以对编译过程进行控制,同时GCC提供了强大的代码优化功能。查看gcc的版本：gcc v1.1.1.1.C程序中的文件后缀名扩展名说明.a静态对象库.c需要预处理的C语言源代码.hC语言源代码头文件.i不需要预处理的C语言源代码.o目标文件.s汇编语言代码.so共享对象库1.1.1.2.编译单源程序语法：gcc 选项参数 c文件 例子：gcc ch01.c 通用选项参数说明如下：1、指定输出文件名-o 指定输出文件名例子：gcc -o main ch01.c 2、警告与提示.-pedantic检测不符合ANSI
5、/ISO C语言标准的源代码,使用扩展语法的地方将产生警告信息。-Wall生成尽可能多的警告信息。-Werror要求编译器将警告当做错误进行处理。 例子：gcc Wall o main ch01.c 3、指定编译文件类型-x指定编译代码类型，c、c+、assembler，none。None根据扩展名自动确认。例子：gcc x c -Wall o main ch01.c4、生成调试信息与优化-g 生成调试信息-O优化-O1、O2、O3 优化等级5、建议：在编译任何程序的时候都带上-Wall选项。6、-g与-O一般不会同时出现示例：#!/bin/bash#GCC使用echo 编译.gcc -x c
6、 -o main -Wall ch01.cecho 执行./main调试与优化：1.1.1.3.编译多源程序1、语法：gcc 选项 C源代码1 C源代码2 C源代码32、示例：代码 ch01.c#include /* 演示编译器gcc */int add(int ,int);int main()printf(%d+%d=%dn,34,68,add(34,68);return 0;代码ch01_1.c/* 函数实现 */int add (int a,int b)return a+b;编译脚本gcc -x c -o main -Wall ch01.c ch01_1.c注意：在调用处，最好加上显示a
7、dd函数声明，否则会报一个警告(去掉-Wall不会警告)。Add函数的声明可以单独存放一个文件，就是头文件。思考：头文件的作用是什么？1.1.2.编译目标文件1.1.2.1.编译成目标文件语法：gcc -c C源代码文件示例：方式一：每个C文件都生成一个目标文件gcc -c ch01.c ch01_1.c方式二：多个C文件生成一个目标文件gcc -o main.o -c ch01.c ch01_1.c1.1.2.2.使用目标文件编译语法：gcc o 输出文件名 目标文件1 目标文件1示例：方式一：编译多个目标文件gcc -o main ch01.o ch01_1.o方式二：编译一个目标文件gc
8、c -o main main.o1.1.3.预处理1.1.3.1.预处理编译语法：gcc -E C源代码文件示例：gcc -E -o ch01.i ch01.c gcc -E -o ch01_1.i ch01_1.c注意：预处理每次只能处理一个文件。不能处理多个文件，就是每个.c文件对应一个.i文件。不指定 o 选项，预处理的结果输出到标准输出设备。1.1.3.2.编译预处理文件gcc -o main ch01.i ch01_1.i1.1.3.3.预处理指令介绍在C语法中引入很多预处理指令，这些指令影响到gcc的预编译处理结果。预编译指示符号说明#define定义宏#undef删除宏#erro
9、r产生错误,挂起预处理程序#warning创建一个警告#if判定#endif结束判定#elifelse if 多选分支#else与#if、#ifndef、#ifdef结合使用#ifdef判定宏是否定义#ifndef判定宏是否定义#include将指定的文件插入#include的位置#include_next与#include一样,但从当前目录之后的目录查找#line指定行号#pragma提供额外信息的标准方法，可用来指定平台#连接操作符号，用于宏内连接两个字符串示例：1、#define 、#undef#include /* 演示编译器gcc */#define YQ#define LOUIS
10、ENGLISH NAME int main() printf(“%sn,YQ”); /*编译出错,使用gcc E 查看预处理结果*/printf(%sn,LOUIS);/*#undef LOUIS*/printf(%sn,LOUIS); /*编译出错LOUIS未声明*/return 0; 2、#error、#warning#include /* 演示编译器gcc */int main()int a=20;if(a=2)/#error 错误很多#warning 警告一下! return 0;3、#if、#elif、#else、#endif#include #define VERSION 3/*
11、演示编译器gcc */#if (VERSION 2)#error 版本低#else#warning 版本高#endifint main()printf(Hello gcc使用!n); return 0;4、#ifdef、#else、#endif(函数，可以两次声明，但不可以两次定义)#include #define DEBUG/* 演示编译器gcc */#ifdef DEBUG#warning 调试#else#warning 非调试#endif/这个指示符号的使用还是比较广泛的int main()printf(Hello gcc使用!n); return 0;使用#ifdef、#define可
12、以防止头文件二次引入。5、#include、#include_next 详见1.1.3.7说明：1.系统头文件使用#include 2.用户头文件使用#include “”规则：1. 系统头文件会在I参数指定得目录中优先查找。2.用户头文件会在当前目录查找。3.Unix标准系统目录/usr/local/include/usr/lib/gcc-lib/版本/include/usr/include/usr/include4.编译C+优先查找/usr/include/g+v35.#include 会在所有标准目录的子目录sys中查找time.h6.#include的文件名不不含扩展，*、?无意义。除
13、非文件名中包含*。6.#line#include int main()int re=0;printf(Hello gcc使用!n); for(int i=0;i200)re+=i;printf(out:%dn,re);/代码行数被修改#line 200/另外得用法/#line 200 ch01_c.cprintf(out:%dn,re,a);/人为错误printf(out:%dn,re);return 0;7、#pragma所有GCC的pragma都定义两个词GCC +其他1.#pragma GCC dependency 文件名 提示内容测试文件的时间戳，当指定文件比当前文件新的时候产生警告。
14、#include #pragma GCC dependency ch02.cint main()int re=0;printf(Hello gcc使用!n); int i;for(i=0;i200;i+)re+=i;printf(out:%dn,re);return 0;2.#pragma GCC poison每次使用指定名字就会产生错误。#include #pragma GCC dependency ch02.c#pragma GCC poison printf addint main()int re=0;printf(Hello gcc使用!n); int i;for(i=0;i200;i
15、+)re+=i;printf(out:%dn,re);return 0;3.#pragma GCC system_header -一般很少使用，还没有发现有什么功能 1.该指示符后的代码都做为系统头文件的一部分。 2.系统头文件往往不能完全遵循c标准，所以头文件中的警告信息 大多数都不显示（除非用#warning显示声明） 3.该指令 定义在c文件中无效，只能定义在 头文件中提示：#pragma有一个等价的宏_Pragam #include #pragma GCC dependency ch02.c/#pragma GCC poison printf addint main()int re=0
16、;printf(Hello gcc使用!n); int i;_Pragma(GCC poison printf add)for(i=0;i200;i+)re+=i;printf(out:%dn,re);return 0;8.1、# 运算符用于创建字符串 格式:#形参(中间可以有空格或者Tab)，因为#后面必须跟形参，所以#运算符仅限于 函数式宏定义#include #define STR(a) #aint main()int re=0;printf(Hello gcc使用:%s!n,STR(99); return 0;/输出结果为：998.2、# 运算符用于连接前后的数据, 格式: data1
17、#data2(可以有空格或者Tab)，注意：1. 结果：连起来是什么就是什么类型的结果如：99#20 结果是：9920 int类型“ab#cd”连起来是”abcd” string类型2. Data1与data2既可以是形参，也可以不是形参，所以 #既适用于 函数式宏定义，也适用于变量式宏定义#include #pragma GCC dependency ch02.c/#pragma GCC poison printf add#define HELLO(a) a#200int main()int re=0;printf(Hello gcc使用:%s!n,HELLO(99); return 0;1
18、.1.3.4.预定义宏介绍预定义的宏很多，下面列出常用的。宏说明_BASE_FILE_源代码的完整路径_cplusplusC+有效，程序不符合标准为1,否则是标准的年月_DATE_日期_FILE_源代码文件名_func_当前函数名_FUNCTION_同上_INCLUDE_LEVEL_包含层数,基本的为0_LINE_行数_TIME_时间示例：#include int main()printf(Hello gcc使用:%d!n,_LINE_); printf(Hello gcc使用:%s!n,_DATE_); printf(Hello gcc使用:%s!n,_BASE_FILE_);return
19、0;1.1.3.5.预处理与make选项选项说明-M输出适合makefile的规则-MD同上，需要显示打开-E-MMD与-M同，但不列出头文件-MF指定输出文件名，与MMD，-MM，-M结合使用-MG假设头文件存在并不包含其他文件-MM与-M同，但不列出系统头文件-MP与-M或-MM使用，为每个包含文件生成哑目标-MT与-M或-MM使用，指定makefile规则的目标文件名示例：gcc -MG -MM -MF makefile ch01.c效果1.1.3.6.编译环境变量C_INCLUDE_PATH： 查找头文件的目录。C。CPLUS_INCLUDE_PATH：查找头文件的目录。C+。OBJC
20、_INCLUDE_PATH: 查找头文件的目录。OBJECTCCPATH：查找头文件，相当于-l选项。LD_LIBRARY_PATH：编译没有影响，主要影响运行。指定目录便于定位共享库。LIBRARY_PATH：查找连接文件，相当于-l选项。1.1.3.7.预处理指令#include与#include _next介绍#include与#include_next用于指定系统头文件，下面分别来详细介绍#include #include 代表系统头#include ”userhead.h” 代表用户头文件 I选项，可以用于添加系统头文件的搜索目录（1或n个），而且优先级最高 gcc查找系统头文件的顺
21、序：1. 首先搜索-I选项指定的目录，如果-I指定了多个目录，则按照指定的先后顺序去搜索，如果找到就停止查找，如果找不到继续找下面第二条2. 其次以gcc的环境变量C_INCLUDE_PATH/CPLUS_INCLUDE_PATH、CPATH作为搜索目录，如果找到就停止查找，如果找不到继续找下面第三条3. 查找系统默认的搜索目录：在UNIX系统中，一般默认的头文件目录为（按顺序排列）：a) C：/usr/include、/usr/local/include、/usr/lib/gcc-lib/target/version/includeb) C+：如果gcc编译的是c+的程序，那么在搜索上面所说
22、的目录前，预处理器会首先搜索/usr/include/g+v3目录，v3是你的gcc中c+的版本。 gcc查找用户头文件顺序：1. 首先搜索当前目录，如果找不到，搜索22. 按照系统头文件的搜索顺序来搜索。-(注意：也会搜索-I指定的目录) #include后面所包含的文件名就是文件名，不能使用*？等通配符，除非文件名真的包含*或者？ 在头文件中运行增加路径名，例如：#include ，那么就会在搜索的系统目录的sys目录下寻找time.h文件。 gcc还有一个参数：-nostdinc，它使编译器不在系统缺省的头文件目录里面找头文件，一般和-I联合使用，明确限定头文件的位置。在编译驱动模 块时
23、，由于非凡的需求必须强制GCC不搜索系统默认路径，也就是不搜索/usr/include要用参数-nostdinc，还要自己用-I参数来指定内 核头文件路径，这个时候必须在Makefile中指定。Gcc nostdinc Idir *.c 指定只在dir中搜索头文件，其他地方不要搜索 -I参数举例:(-I指定的是系统头文件，所以必须与配合使用)：c文件：/root/test/include_test.c头文头：/root/test/include/include_test.h方式一：include_test.c中#include “include/include_test.h”或者#includ
24、e /root/test/include/include_test.h，然后gcc include_test.c即可，不需要指定-I选项方式二：include_test.c中#include 或者#include ，然后gcc I include include_test.c也可#include_next #include_next是GNU的一个扩展，并非标准C中的指令 #include_next与#include一样，也是包含头文件，不同的是包含的路径不同 #include_next 或者 #include_next “headfile”都按照“系统头文件”的搜索顺序进行搜索，不是按照“用户
25、头文件”搜索 功能：1. 如果在搜索路径中找到需要的头文件：继续往下找第二个a) 找到第二个，返回，停止查找b) 查找结束，没有找到第二个，返回第一个。1.1.3.8预处理指令宏定义介绍较大的项目都会用宏定义来组织代码，在预处理的时候，进行宏替换 宏定义指令#define 变量式宏定义、函数式宏定义n 变量式宏定义(VARIABLE-like Macro)1. 如：#define PI 3.14 ，#define STR “hello,world”n 函数式宏定义(FUNC-like Macro) 可以像函数调用一样，在代码中使用1. 如：main.c #define MAX(a,b) (a)
26、(b)?(a):(b)K=MAX(i&0x0f, j&0x0f);使用gcc E预处理以后，我们看结果k = (i&0x0f)(j&0x0f)?(i&0x0f):(j&0x0f)2. 就想函数调用一样，把两个实参分别替换到宏定义中的形参a和b的位置，但是要注意 函数式宏定义 和 真正的函数有什么不同3. 函数式宏定义 注意事项：1) 本质：在预处理的时候，进行形式上的代码替换，而不是真正的函数调用，这是本质区别。请考虑inline函数。结合汇编代码 进行思考 调用真正函数的代码和调用函数式宏定义的代码编译生成的指令不同。如果MAX是个真正的函数，那么它的函数体return a b ? a :
27、b;要编译生成指令，代码中出现的每次调用也要编译生成传参指令和call指令。而如果MAX是个函数式宏定义，这个宏定义本身倒不必编译生成指令，但是代码中出现的每次调用编译生成的指令都相当于一个函数体，而不是简单的几条传参指令和call指令。所以，使用函数式宏定义编译生成的目标文件会比较大。2) 函数式宏定义的参数没有类型，预处理器只负责形式上的替换，而不做类型检查，所以传参要格外小心3) 定义这种宏有许多细节需要注意。详见另一份文档-函数式宏定义4. 宏定义的优点： why FUNC_like Macro?1) 节省了函数调用的内存开支，思考汇编代码和inline函数1.1.4.生成汇编1.1.
28、4.1.编译成汇编gcc -S ch01.c ch01_1.c注意：汇编编译也要依赖检验的。1.1.4.2.编译汇编gcc ch01.s ch01_1.s -o main1.1.5.创建静态库1.1.5.1.编译静态库源文件为目标文件gcc -c -static ch01_1.c其中-static可选。1.1.5.2.ar指令生成.a文件ar -r libmy.a ch01_1.o语法：ar 选项 归档文件名 目标文件列表指令ar的常用选项选项说明-d从归档文件删除指定目标文件列表。-q将指定目标文件快速附加到归档文件末尾。-r将指定目标文件插入文档，如果存在则更新。-t显示目标文件列表-x把
29、归档文件展开为目标文件1.1.5.3.使用静态库gcc -o main ch01.c libmy.a如果libmy.a在LIBRARY_PATH的指定目录中，还可以采用如下方式编译。gcc ch01.c -o main -lmy注意：上面的先后位置错误可能导致编译错误。静态库总结：1. 静态库其实和目标文件没有什么区别2. 利用静态库生成的可执行文件 不依赖于静态库3. 利用静态库生成的可执行文件 大小与 直接生成的可执行文件 几乎没有差别静态库优点：1. 可以把多个目标文件打成一个库文件，方便调用1.1.6.创建共享库共享库相当于windows系统中的dll（动态链接库）Linux、Unix
30、很多底层功能都是以 “共享库” 的方式提供的/etc/ld.so.cache缓存文件，就相当于windows中的 system32目录，里面存放了动态链接库的列表1.1.6.1. 编译共享库编译共享库分成两个步骤：1. 编译成位置独立代码的目标文件，选项-fpic使用f选项后面指定参数PIC（Position Independent Code）2. 编译成共享库，选项-sharedgcc -c -fpic ch01_1.cgcc -shared ch01_1.o -o libmy.so使用一条指令的效果一样gcc -fpic -shared ch01_1.c -o libmy.so1.1.6.
31、2.定位共享库共享库编译的时候与静态库一样依赖LIBRARAY_PATH，运行的时候依赖LD_LIBRARY_PATH。下面是配置的LD_LIBRARY_PATH运行期间共享库的查找规则（顺序）：1. 先查找LD_LIBRARY_PATH，如果找不到就进入第二条2. 从/ect/ld.so.cache缓存文件列表中查找(该缓存文件可以使用工具ldconfig维护)。如果找不到，就转入 系统目录查找3. 先是 /lib4. 再是 /usr/lib编译期间共享库定位共享库的三种方式：方式一：直接指定如：gcc ch01.c libdemo.so -omain方式二：使用LIBRARY_PATH环境
32、变量 export LIBRARY_PATH=.如：gcc ch01.c ldemo -omain方式三：使用-L、-l选项如：gcc ch01.c L. ldemo omain注： -L选项用于指定库（共享库、静态库）的位置，但是并不会覆盖掉LIBRARY_PATH -l 选项用于指定库的名称库名详解：1. 格式：lib+库名+后缀.主版本号.副版本号 如：libdemo.so.1.1、libdemo.a.1.12. 如果一个库有多个版本，则默认加载最新版本3. 如果使用-l库名的时候，该名称代表的静态库、共享库都存在，则默认加载动态库1.1.6.3.使用共享库gcc ch01.c libm
33、y.so -o main在代码中动态加载共享库：共享库代码int add(int a,int b)int c=a+b;c=c/2;return c;调用共享库代码#include #include #include int main()/* 动态库 */void *handle;/* 加载中的错误描述 */char *error;/* 调用的函数指针 */int (*myadd)(int,int);/* 加载共享库 */handle=dlopen(./libadd.so,RTLD_LAZY);error=dlerror();if(error)printf(lib load error:%sn,
34、error);exit(1);myadd=dlsym(handle,add);error=dlerror();if(error)printf(lib load error:%sn,error);exit(1);int a=myadd(23,89);printf(out:%dn,a);dlclose(handle);return 0;说明：共享库的四个函数SYNOPSIS #include void *dlopen(const char *filename, int flag); char *dlerror(void); void *dlsym(void *handle, const char
35、*symbol); int dlclose(void *handle);其中dlopen的参数flag的含义如下： RTLD_LAZY：符号查找时候才加载。 RTLD_NOW：马上加载。Dl系列函数 需要libdl.so gcc ldl *.c作业:写一个程序（两个文件），判断是否素数。并且编译成静态库、动态库、动态加载的动态库执行。1.1.6.4.库工具程序介绍1、ldconfig动态链接库管理命令ldconfig命令的用途,主要是在默认搜寻目录(/lib和/usr/lib)以及动态库配置文件/etc/ld.so.conf内所列的目录下,搜索出可共享的动态链接库(格式如前介绍,lib*.so
36、*),进而创建出动态装入程序(ld.so)所需的连接和缓存文件.缓存文件默认为/etc /ld.so.cache,此文件保存已排好序的动态链接库名字列表.生成文件/etc/ld.so.cache2新版本：ldconfig -v 其他选项：选项说明-n不产生缓冲文件,列出指定目录下的库用此选项时,ldconfig仅扫描命令行指定的目录,不扫描默认目录(/lib,/usr/lib),也不扫描配置文件/etc/ld.so.conf所列的目录.-p显示缓存文件中所有库按字母排序的列表,包括连接库的完整路径-v生成详细信息示例：ldconfig -vldconfig -vn /libldconfig -
37、vnp /lib2、nm(主要用于查看库中有哪些函数)列出目标文件中的符号名:nm libmy.a - 主要是函数符号名 其他常用参数选项说明-p不排序显示-r逆序排列显示-size-sort大小排列显示-o 用源文件标识成员符号-s包含模块的索引信息-D 对共享库显示动态符号,而不是静态符号-g显示定义为外部的符号示例：3、strip去除指定目标文件与静态库、动态库中的调试信息 ：strip ch01_1.o libmy.a去掉以后就变成不可调试。无法使用gdb进行调试。4、ldd列出可执行文件的依赖关系:ldd libmy.so可执行文件包括：.so、a.out，不包括.o、.a文件有一些
38、库是可以不引入的：（缺省引入）1. 系统的基本库2. C标准库是缺省引入的libc.so. 思考：printf的函数定义在哪里？5、objdump 显示目标文件的内部结构：objdump f h EB hello.oObjdump dS 可执行文件 转为汇编：如：objdump dS demo.o Objdump dS main1.1.6.5.其他编译选项-I 添加编译器搜索头文件的目录。-L 添加编译器 搜索库文件的目录。(并不会覆盖掉LIBRARY_PATH)-l 指示编译器链接指定的库文件。总结常用编译选项 -c取消链接,生成目标文件 -Dmacro定义指定的宏,在代码中用#idef检测
39、 -E预处理输出到标准输出设备 -g3获得调试的详细信息 -I头文件的搜索目录 -L库文件的搜索目录 -l库文件 -O -O2 -O3编译优化 -S汇编输出 -v显示gcc调用的程序-V显示gcc的版本号 -Wall启动所有警报 -w禁止所有警报1.1.7.C语言扩展1.1.7.1.控制C语言版本版本说明-ansi编译标准程序，与GNU兼容-pedantic严格按照标准，提示警告信息-std=c89ISO C89标准-std=C99ISO C99标准-std=gnu89具有GNU扩展功能的ISO C89标准,某些C99标准-traditional兼容最原始的C语法检测1.1.7.2.对齐1.1
40、.7.3.数组扩展1.1.7.4.属性1.1.7.5.使用复合语句的返回值1.1.7.6.枚举不完全类型1.1.7.7.函数原型1.1.7.8.整数1.1.7.9.更换关键字1.1.7.10.标识地址1.1.7.11.局部标签1.1.7.12.switch语句1.1.7.13.typedef1.1.7.14.typeof1.1.7.15.联合类型强制转换1.2.编译C+程序(基本上同C一样)1.2.1.编译执行文件1.2.1.1.C+后缀名1.2.1.2.编译单源程序1.2.1.3.编译多源程序1.2.2.编译目标文件1.2.2.1.编译成目标文件1.2.2.2.使用目标文件编译1.2.3.预处理1.2.3.1.预处理编译1.2.3.2.使用预处理文件编译1.2.4.生成汇编1.2.4.1.编译成汇编文件1.2.4.2.使用汇编文件编译1.2.5.创建静态库1.2.5.1.编译静态库1.2.5.2.使用ar打包静态库1.2.5.3.使用静态库1.2.6.创建共享库1.2.6.1.编译动态库1.2.6.2.使用动态库1.2.7.C+语言的扩展1.2.7.1.头文件引入1.2.7.2.函数名1.2.7.3.接口与实现
