c/c++程序的编译和调试--gcc，make，cmake，gdb

不如回家去
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gcc/g++手动编译

gcc通常用来编译c文件,g++通常用来编译c++文件.gcc/g++的常用选项的含义

选项功能
-o指定生成的可执行文件的文件名
-c仅仅编译，但是不进行链接，如果文件没有定义main函数就需要使用该选项
-llibrarylibrary表示要搜索的库文件名称.该选项用于指定手动链接环节中需要调用的库文件,如libcrypto
-Llibdicdic表示库文件的目录
-Ihdichdic表示要导入的头文件所在的目录
-share尽量使用动态库
-static禁止使用动态库
-w不生成任何警告信息
-Wall显示所有的警告信息
-g编译时添加调试信息

makefile文件进行编译

如果用gcc，需要手动的进行编译，如果有成百上千个c文件，那么手动输入命令十分麻烦。因此一个思路是，通过在一个文本文件中说明对哪些需要执行什么操作，需要使用到哪些以来，然后根据这个文件自动的生成命令区编译c文件。根据这种思路，我们把这种写明了编译信息的文件就称为makefie,通过make命令就根据目录下的makefile文件自动生成编译命令进行编译.

makefile文件的基本结构

规则的基本组成

makefile文件由规则组成,每条规则明确:

  1. 构建目标的前置条件
  2. 如何构建
 <target> : <prerequisites> 
 [tab]  <commands>
部件含义可选值Example
target指明Make命令要构建的对象文件名,如果目标是多个文件名,文件名之间用空格隔开
操作名,成为伪目标(phony target),如clean操作。 通常需要使用.PHONY:OP命令表示,OP是一个操作,而不是一个文件.PHONY: clean clean: rm *.o temp
prerequisites指明了目标是否需要重新构建。如果依赖有更新就重新构建。一组文件，有空格隔开
commands表示如何更新目标文件，由一行或多行shell命令组成shell命令前需要使用一个*Tab键。每行命令在一个单独的shell中执行，shell之间没有继承关系。

顺序执行命令的三种方式

command默认是并行执行的,没有继承关系,如果要让命令顺序执行,可以采用以下三种方式

方式示例
合并写，用分号隔开var-kept: export foo=bar; echo "foo=[$$foo]"
用分号,在换行符号前加转义符var-kept: export foo=bar; \ echo "foo=[$$foo]"
前置ONESHELL命令.ONESHELL: var-kept: export foo=bar; echo "foo=[$$foo]"

makefile的基本语法

写法含义
@command关闭回声测试(echo),即终端不会打印各条要执行的命令
%.o : %.c等同于f1.o : f1.c,%表示一个相同的部件
txt = Hello World test: @echo $(txt); \ @echo $$HOME使用$引用自定义的变量.使用$$引用shell变量
$@指代当前的target
$<指代第一个prerequisity.(前置条件)
$?指代所有前置条件
$*指代%表示的内容
$(@D) 和 $(@F)$(@D) 和 $(@F) 分别指向 $@ 的目录名和文件名。比如，$@是 src/input.c，那么$(@D) 的值为 src ，$(@F) 的值为 input.c
D和F放在目标后,表示对象所在文件夹和文件名

Makefile中调用shell中的各种函数,其语法为

 $(function arguments)
 # 或者
 ${function arguments}
常用函数作用示例
shell执行shell命令srcfiles := $(shell echo src/{00..99}.txt)
wildcard替换Bash的通配符srcfiles := $(wildcard src/*.txt)
subst进行文本替换$(subst from,to,text),在text文本中,将from替换成to
patsubst模式匹配的替换$(patsubst pattern,replacement,text)

make的常用命令

 make VERBOSE=1 # 详细打印make过程中的各种命令，目录等信息，verbose：冗长的

使用cmake生成Makefile文件

CMakeLists.txt 的一般结构和编译的一般过程

不同平台,makefile文件不同,cmake就是使用同一文件,生成不同平台的makefile文件的工具。cmake需要CMakeLists.txt文件。（注意：名字只能是这个，不能叫其他）

 #要求的cmake的最小版本
 cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
 ​
 #项目名称
 project(hello) # ${PROJECT_NAME}
 ​
 #include
 ​
 #link
 ​
 #执行规则:指定生成的可执行文件的名称和相关源文件
 add_executable(hello.o main.cpp printhello.cpp)

一般的编译过程：

  1. 因为使用**cmake**进行编译会生成很多中间文件，因此一般需要建立一个build目录来存放：
  2. 使用cmake ..命令，在父目录寻找CMakeLists.txt, 在当前目录生成Makefile文件
  3. 使用make命令进行编译和链接
 mkdir build && cd build
 cmake ..
 make

include

 #set(SOURCES
 #    src/Hello.cpp
 #    src/main.cpp
 #)
 file(GLOB SOURCES "src/*.cpp") # 替代上面的内容，glob命令：使用正则表达式查找文件

 # target_include_directories()函数将头文件所在目录转意成 -I/path的形式
 target_include_directories(target
     PRIVATE
         ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include
 )

链接库

 # 添加一个静态链接库，名字叫做hello_library,使用src/hello.cpp来生成
 add_library(hello_library STATIC
     src/Hello.cpp
 )

 # 添加一个共享链接库
 add_library(hello_library SHARED
     src/Hello.cpp
 )

 #  给链接库起别名
 add_library(hello::library ALIAS hello_library)

 # 将链接库链接到可执行文件
 target_link_libraries(hello_binary
     PRIVATE
         hello::library
 )
规则含义类比
add_library(libmy.a mylib.cpp)使用mylib.cpp生成一个叫做libmy.a的库相当于gcc -c
add_executable(main.o main.cpp)使用main.cpp生成一个叫做main.o的可执行文件相当于gcc -o
add_subdirectory(subModuleDir)表示添加一个子模块,子模块中包含CMakeLists.txt和源代码,子模块的路径为./subModuleDir
target_link_libraries(target source)
target_include_directories
set（key value）定义一个变量

link和include中关PUBLIC和PRIVATE的含义

假设A→B→C，如果编译B的可执行文件写的是：target_link_libraries(B PUBLIC C),则表示C是B的public成员,提供对外访问服务.即A也能调用C中定义的函数.

PRIVATE:表示被链接的库是私有属性,因此不提供对外接口,只能B使用,A不能使用

静态库与共享库（动态链接库）

共享库其实就是动态链接库

cmake中的一些变量

VariableInfo
CMAKE_SOURCE_DIRThe root source directory
CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIRThe current source directory if using sub-projects and directories.
PROJECT_SOURCE_DIRThe source directory of the current cmake project.
CMAKE_BINARY_DIRThe root binary / build directory. This is the directory where you ran the cmake command.
CMAKE_CURRENT_BINARY_DIRThe build directory you are currently in.
PROJECT_BINARY_DIRThe build directory for the current project.

make install设置

install()函数的一般使用方法：

 install(TARGETS targets... [EXPORT <export-name>]
         [RUNTIME_DEPENDENCIES args...|RUNTIME_DEPENDENCY_SET <set-name>]
         [[ARCHIVE|LIBRARY|RUNTIME|OBJECTS|FRAMEWORK|BUNDLE|           PRIVATE_HEADER|PUBLIC_HEADER|RESOURCE|FILE_SET <set-name>|CXX_MODULES_BMI]
          [DESTINATION <dir>]
          [PERMISSIONS permissions...]
          [CONFIGURATIONS [Debug|Release|...]]
          [COMPONENT <component>]
          [NAMELINK_COMPONENT <component>]
          [OPTIONAL] [EXCLUDE_FROM_ALL]
          [NAMELINK_ONLY|NAMELINK_SKIP]
         ] [...]
         [INCLUDES DESTINATION [<dir> ...]]
         )

使用cmake进行安装的一般语法：

注意：cmake_install_prifix前缀需要加在顶层cmakelists.txt文件中

 # 设置安装路径，Linux下默认是/usr/local
 SET(CMAKE_INSTALL_PREFIX ${PROJECT_BINARY_DIR})
 ​
 ​
 # Install
 ############################################################
 ​
 # Binaries
 install (TARGETS cmake_examples_inst_bin DESTINATION bin)
 ​
 # Library
 # Note: may not work on windows
 install (TARGETS cmake_examples_inst
     LIBRARY DESTINATION lib)
 ​
 # Header files
 install(DIRECTORY ${PROJECT_SOURCE_DIR}/include/ DESTINATION include)
 ​
 # Config
 install (FILES cmake-examples.conf DESTINATION etc)

卸载安装：

在当前目录（即使用make install命令的当前路径下），输入sudo xargs rm < install_manifest.txt命令即可从路径中删除安装的库

build type

通过命令手动设置构建类型

通过cmake命令的-DCMAKE_BUILD_TYPE=XXX参数手动设置编译的4种类型。

  • Release
  • Debug
  • MinSizeRel
  • RelWithDebInfo
 cmake .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release

设置默认的build type

通过在CMakeLists.txt中添加下列语句设置默认的build type

 if(NOT CMAKE_BUILD_TYPE AND NOT CMAKE_CONFIGURATION_TYPES)
   message("Setting build type to 'RelWithDebInfo' as none was specified.")
   set(CMAKE_BUILD_TYPE RelWithDebInfo CACHE STRING "Choose the type of build." FORCE)
   # Set the possible values of build type for cmake-gui
   set_property(CACHE CMAKE_BUILD_TYPE PROPERTY STRINGS "Debug" "Release"
     "MinSizeRel" "RelWithDebInfo")
 endif()

第三方库

使用find()函数在${CMAKE_MODULE_PATH}下查找第三方库。CMAKE_MODULE_PATH的默认值在Linux下为/usr/share/cmake/Modules

关于编译时的一些注意事项

关于c和c++混合编程

c和c++混合编程的时候，需要注意由此引发的文件链接问题。即cpp文件调用c文件时，出现未定义的问题。例如有：a.h,a.c,b.cpp三个文件，如果b.cpp使用了#include "a.h"调用a.h，在使用cmake和make进行编译的时候有可能报错为：

image-20230302153822082

解决方法，

  1. 如果是cpp文件调用c文件，则直接将c的后缀名改成cpp就行

  2. 使用extern "c"语句，使用c语言的规范导入头文件，如

     #ifdef _cplusplus
 // _cplusplus宏是c++标准中定义的一个宏，用于表示c++的版本
 extern "c"{
     #include "a.h";
 }
 #endif

关于文件main函数

1. 没有main函数的文件编译

  • gcc编译器编译时报错：/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/…/…/…/x86_64-linux-gnu/crt1.o：在函数‘_start’中：(.text+0x20)：对‘main’未定义的引用
  • gcc默认编译并链接成可执行文件,如果c文件中没有写main方法的话,表示这是一个静态库而是一个可执行文件.此时可以添加-c参数表明要生成一个库

2. 多文件调用的编译

假如a.h和a.cpp,b.cpp调用了a.h,则在编译的时候,b.cpp就需要添加a.cpp的依赖。此外，还需要注意，a.cpp和b.cpp中只能有一个main函数,否则会报错：链接失败。

使用gdb进行调试

过程

  1. 编译时加上-g选项
  2. 启动gdb时加上-q选项,屏蔽gdb的免责条款
  3. 使用命令进行调试

gdb的基本命令:

调试指令作 用
(gdb) break xxx (gdb) b xxx在源代码指定的某一行设置断点，其中 xxx 用于指定具体打断点的位置。
clear num清除某行的断点
(gdb) run (gdb) r执行被调试的程序，其会自动在第一个断点处暂停执行。
(gdb) continue (gdb) c当程序在某一断点处停止运行后，使用该指令可以继续执行，直至遇到下一个断点或者程序结束。
(gdb) next (gdb) n令程序一行代码一行代码的执行。
(gdb) print xxx (gdb) p xxx打印指定变量的值，其中 xxx 指的就是某一变量名。
display每次执行打印指定变量的值
(gdb) list (gdb) l显示源程序代码的内容，包括各行代码所在的行号。
(gdb) quit (gdb) q终止调试。
finish跳出函数

打断点

break--打普通断点

watch命令-打观察断点-监控变量值的变化

使用 GDB 调试程序的过程中，借助观察断点可以监控程序中某个变量或者表达式的值，只要发生改变，程序就会停止执行。

watch的语法为：watch variable 查看当前的观察点:info watchpoints

catch-打捕捉断点

而捕捉断点的作用是，监控程序中某一事件的发生，例如程序发生某种异常时、某一动态库被加载时等等，一旦目标时间发生，则程序停止执行。

 (gdb) catch event

常见的事件有:

event 事件含 义
throw [exception]当程序中抛出 exception 指定类型异常时，程序停止执行。如果不指定异常类型（即省略 exception），则表示只要程序发生异常，程序就停止执行。
catch [exception]当程序中捕获到 exception 异常时，程序停止执行。exception 参数也可以省略，表示无论程序中捕获到哪种异常，程序都暂停执行。
load [regexp] unload [regexp]其中，regexp 表示目标动态库的名称，load 命令表示当 regexp 动态库加载时程序停止执行；unload 命令表示当 regexp 动态库被卸载时，程序暂停执行。regexp 参数也可以省略，此时只要程序中某一动态库被加载或卸载，程序就会暂停执行。

条件断点

使用if cond,做条件判断,仅当满足一定条件时才打断点.

 (gdb) break ... if cond

删除断点

通过 delete命令可以删除断点。使用delete NUM的方式删除序号为NUM的断点

image-20230302215526179

单步调试

命令特点
s步入被调用函数内部
n执行当前行代码，不进入函数内部
u执行到指定行
finish跳出当前函数

s命令

n命令

u命令

 (gdb) until
 (gdb) until location
  1. 可以使 GDB 调试器快速运行完当前的循环体，并运行至循环体外停止注意，until 命令并非任何情况下都会发挥这个作用，只有当执行至循环体尾部（最后一行代码）时，until 命令才会发生此作用；反之，until 命令和 next 命令的功能一样，只是单步执行程序。
  2. 通过执行 until 19 命令，GDB 调试器直接执行至指定的第 19 行。

变量信息查看

数据的查看格式

符号说明
s以字符串形式进行输出

查看内存

查看变量

p(print)命令

 (gdb) print num
 (gdb) p num

num:目标变量或者表达式

display命令

使用 display 命令查看变量或表达式的值，每当程序暂停执行（例如单步执行）时，GDB 调试器都会自动帮我们打印出来，而 print 命令则不会。

 (gdb) display expr
 (gdb) display/fmt expr

其中，expr 表示要查看的目标变量或表达式；参数 fmt 用于指定输出变量或表达式的格式，表 1 罗列了常用的一些 fmt 参数。

/fmt功 能
/x以十六进制的形式打印出整数。
/d以有符号、十进制的形式打印出整数。
/u以无符号、十进制的形式打印出整数。
/o以八进制的形式打印出整数。
/t以二进制的形式打印出整数。
/f以浮点数的形式打印变量或表达式的值。
/c以字符形式打印变量或表达式的值。

注意，display 命令和 /fmt 之间不要留有空格。以 /x 为例，应写为 (gdb)display/x expr

事实上，对于使用 display 命令查看的目标变量或表达式，都会被记录在一张列表（称为自动显示列表）中。通过执行info dispaly命令，可以打印出这张表.

display变量的删除,禁用,和激活

功能命令
删除display变量undisplay num...
delete display num...
禁用displaydisable display num...
激活禁用的displayenable display num...

p和display命令的区别

使用 1 次 print 命令只能查看 1 次某个变量或表达式的值，而同样使用 1 次 display 命令，每次程序暂停执行时都会自动打印出目标变量或表达式的值。因此，当我们想频繁查看某个变量或表达式的值从而观察它的变化情况时，使用 display 命令可以一劳永逸

Q：如何使用<>导入自己写的头文件而不是使用"",mvfst项目中使用的就是<>

通过-I或者cmake中的target_include_directories()函数就可以使用<>替代，当然，使用""也是可以的

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