《Linux網(wǎng)絡操作系統(tǒng)》課件-項目九 使用gcc和make 調試程序

項目九使用gcc和make調試程序

1項目導入理解程序調試。掌握利用gcc進行調試的方法。掌握使用make編譯的方法。職業(yè)能力目標和要求程序寫好了，接下來做什么呢？調試！程序調試對于程序員或管理員來說也是至關重要的一環(huán)。29.1

任務1了解程序的調試編程是一件復雜的工作，因為是人做的事情，所以難免會出錯。據(jù)說有這樣一個典故：早期的計算機體積都很大，有一次一臺計算機不能正常工作，工程師們找了半天原因，最后發(fā)現(xiàn)是一只臭蟲鉆進計算機中造成的。從此以后，程序中的錯誤被叫作臭蟲（Bug），而找到這些Bug并加以糾正的過程就叫做調試（Debug）。有時候調試是一件非常復雜的工作，要求程序員概念明確、邏輯清晰、性格沉穩(wěn)，還需要一點運氣。調試的技能我們在后續(xù)的學習中慢慢培養(yǎng)，但首先我們要區(qū)分清楚程序中的Bug分為哪幾類。項目九使用gcc和make調試程序項目九使用gcc和make調試程序

編譯器只能翻譯語法正確的程序，否則將導致編譯失敗，無法生成可執(zhí)行文件。對于自然語言來說，一點語法錯誤不是很嚴重的問題，因為我們仍然可以讀懂句子。而編譯器就沒那么寬容了，哪怕只有一個很小的語法錯誤，編譯器就會輸出一條錯誤提示信息然后罷工，你就得不到你想要的結果。雖然大部分情況下編譯器給出的錯誤提示信息就是你出錯的代碼行，但也有個別時候編譯器給出的錯誤提示信息幫助不大，甚至會誤導你。在開始學習編程的前幾個星期，你可能會花大量的時間來糾正語法錯誤。等到有了一些經(jīng)驗之后，還是會犯這樣的錯誤，不過會少得多，而且你能更快地發(fā)現(xiàn)錯誤原因。等到經(jīng)驗更豐富之后你就會覺得，語法錯誤是最簡單最低級的錯誤，編譯器的錯誤提示也就那么幾種，即使錯誤提示是有誤導的也能夠立刻找出真正的錯誤原因是什么。相比下面兩種錯誤，語法錯誤解決起來要容易得多。9.1.1子任務1編譯時錯誤39.1.2子任務2運行時錯誤

編譯器檢查不出這類錯誤，仍然可以生成可執(zhí)行文件，但在運行時會出錯而導致程序崩潰。對于我們接下來的幾章將編寫的簡單程序來說，運行時錯誤很少見，到了后面的章節(jié)你會遇到越來越多的運行時錯誤。讀者在以后的學習中要時刻注意區(qū)分編譯時和運行時（Run-time）這兩個概念，不僅在調試時需要區(qū)分這兩個概念，在學習C語言的很多語法時都需要區(qū)分這兩個概念，有些事情在編譯時做，有些事情則在運行時做。4小資料通過本書你將掌握的最重要的技巧之一就是調試。。調試也像是一門實驗科學，

第三類錯誤是邏輯錯誤和語義錯誤。如果程序里有邏輯錯誤，編譯和運行都會很順利，看上去也不產(chǎn)生任何錯誤信息，但是程序沒有干它該干的事情，而是干了別的事情。當然不管怎么樣，計算機只會按你寫的程序去做，問題在于你寫的程序不是你真正想要的。這意味著程序的意思（即語義）是錯的。找到邏輯錯誤在哪兒需要十分清醒的頭腦，要通過觀察程序的輸出回過頭來判斷它到底在做什么。9.1.3子任務3邏輯錯誤和語義錯誤5任務2使用傳統(tǒng)程序語言進行編譯Linux操作系統(tǒng)作為一個免費、自由、開放的操作系統(tǒng)，它擁有如下所述的一些特點。經(jīng)過上面的介紹之后，你應該比較清楚地知道原始碼、編譯器、函數(shù)庫與運行文件之間的相關性了。不過，詳細的流程可能還不是很清楚，所以，在這里我們以一個簡單的程序范例來說明整個編譯的過程！趕緊進入Linux系統(tǒng)，實際操作一下下面的范例吧！6Linux系統(tǒng)下的交叉編譯基礎9.2.1子任務1安裝GCC1．認識GCC

GCC（GNUCompilerCollection，GNU編譯器集合）是一套由GNU開發(fā)的編程語言編譯器。它是一套GNU編譯器套裝。以GPL許可證所發(fā)行的自由軟件，也是GNU計劃的關鍵部分。GCC原本作為GNU操作系統(tǒng)的官方編譯器，現(xiàn)已被大多數(shù)類UNIX操作系統(tǒng)（如Linux、BSD、MacOSX等）采納為標準的編譯器。GCC同樣適用于微軟的Windows。GCC是自由軟件過程發(fā)展中的著名例子，由自由軟件基金會以GPL協(xié)議發(fā)布。

GCC原名為GNUC語言編譯器（GNUCCompiler），因為它原本只能處理C語言。但GCC后來得到擴展，變得既可以處理C++，又可以處理Fortran、Pascal、Objective-C、Java，以及Ada與其他語言。。

72．安裝GCC

（1）檢查是否安裝GCC。[root@RHEL7-2~]#rpm-qa|grepgcccompat-libgcc-296-2.96-138libgcc-4.1.2-46.el5gcc-4.1.2-46.el5gcc-c++-4.1.2-46.el5上述結果表示已經(jīng)安裝了GCC。（2）如果系統(tǒng)還沒有安裝GCC軟件包，我們可以使用yum命令安裝所需軟件包。①掛載ISO安裝鏡像：//掛載光盤到/iso下，前面項目3已建立/iso文件夾，并且yum源已經(jīng)配置好[root@RHEL7-2~]#mount/dev/cdrom/iso②制作用于安裝的yum源文件（后面不再贅述）：8[root@RHEL7-2~]#vim/etc/yum.repos.d/dvd.repo#/etc/yum.repos.d/dvd.repo#orforONLYthemediarepo,dothis:#yum--disablerepo=\*--enablerepo=c6-media[command][dvd]name=dvdbaseurl=file:///isogpgcheck=0enabled=1③使用yum命令查看GCC軟件包的信息，如圖9-1所示。[root@RHEL7-2~]#yuminfogcc

92．LinuxShell

圖9-1使用yum命令查看gcc軟件包的信息10

④使用yum命令安裝GCC。[root@RHEL7-2~]#yumcleanall //安裝前先清除緩存[root@RHEL7-2~]#yuminstallgcc-y正常安裝完成后，最后的提示信息是：Installed:gcc.x86_640:4.8.5-16.el7DependencyInstalled:cpp.x86_640:4.8.5-16.el7glibc-devel.x86_640:2.17-196.el7glibc-headers.x86_640:2.17-196.el7kernel-headers.x86_640:3.10.0-693.el7libmpc.x86_640:1.0.1-3.el7Complete!所有軟件包安裝完畢之后，可以使用rpm命令再一次進行查詢：rpm-qa|grepgcc。[root@RHEL7-2~]#rpm-qa|grepgcclibgcc-4.8.5-16.el7.x86_64gcc-4.8.5-16.el7.x86_6411129.2.2子任務2單一程序：打印HelloWorld

以Linux上面最常見的C語言來撰寫第一個程序。第一個程序最常見的就是在屏幕上面打印“HelloWorld”。提示：請先確認你的Linux系統(tǒng)里面已經(jīng)安裝了gcc。如果尚未安裝gcc，請使用RPM安裝，先安裝好GCC之后，再繼續(xù)下面的內容。1．編輯程序代碼即源碼[root@RHEL7-2~]#vimhello.c<==用C語言寫的程序擴展名建議用.c#include<stdio.h>intmain(void){printf("HelloWorld\n");}上面是用C語言的語法寫成的一個程序文件。第一行的那個“#”并不是注解。132．開始編譯與測試運行[root@RHEL7-2~]#gcchello.c[root@RHEL7-2~]#llhello.ca.out-rwxr-xr-x.1rootroot8512Jul1521:18a.out<==此時會生成這個文件名-rw-r--r--.1rootroot72Jul1521:17hello.c[root@RHEL7-2~]#./a.outHelloWorld<==成果出現(xiàn)了！在默認的狀態(tài)下，如果我們直接以GCC編譯源碼，并且沒有加上任何參數(shù)，則執(zhí)行文件的文件名會被自動設置為a.out這個文件名。所以你就能夠直接執(zhí)行./a.out這個執(zhí)行文件。上面的例子很簡單。那個hello.c就是源碼，而GCC就是編譯器，至于a.out就是編譯成功的可執(zhí)行文件。但如果想要生成目標文件（objectfile）來進行其他的操作，而且執(zhí)行文件的文件名也不要用默認的a.out，那該如何做呢？其實你可以將上面的第2個步驟改成下面這樣：14[root@RHEL7-2~]#gcc-chello.c[root@RHEL7-2~]#llhello*-rw-r--r--.1rootroot72Jul1521:17hello.c-rw-r--r--.1rootroot1496Jul1521:20hello.o<==這就是生成的目標文件[root@RHEL7-2~]#gcc-ohellohello.o[root@RHEL7-2~]#llhello*-rwxr-xr-x.1rootroot8512Jul1521:20hello<==這就是可執(zhí)行文件（-o的結果）-rw-r--r--.1rootroot72Jul1521:17hello.c-rw-r--r--.1rootroot1496Jul1521:20hello.o[root@RHEL7-2~]#./helloHelloWorld這個步驟主要是利用hello.o這個目標文件生成一個名為hello的執(zhí)行文件，詳細的GCC語法我們會在后會繼續(xù)介紹。通過這個操作，我們可以得到hello及hello.o兩個文件，真正可以執(zhí)行的是hello這個二進制文件（binaryprogram）（該源碼程序在出版社網(wǎng)站下載）。159.2.3子任務3主程序、子程序鏈接、子程序的編譯

如果我們在一個主程序里面又調用了另一個子程序呢？這是很常見的一個程序寫法，

因為可以簡化整個程序的易讀性。在下面的例子當中，我們以thanks.c這個主程序去調用thanks_2.c這個子程序，寫法很簡單。1．撰寫所需要的主程序、子程序[root@RHEL7-2~]#vimthanks.c#include<stdio.h>intmain(void){printf("HelloWorld\n");thanks_2();}上面的thanks_2()就是調用子程序！[root@RHEL7-2~]#vimthanks_2.c#include<stdio.h>voidthanks_2(void){printf("Thankyou!\n");}162．進行程序的編譯與鏈接（Link）（1）開始將源碼編譯成為可執(zhí)行的binaryfile。[root@RHEL7-2~]#gcc-cthanks.cthanks_2.c[root@RHEL7-2~]#llthanks*-rw-r--r--.1rootroot76Jul1521:27thanks_2.c-rw-r--r--.1rootroot1504Jul1521:27thanks_2.o<==編譯生成的目標文件！-rw-r--r--.1rootroot91Jul1521:25thanks.c-rw-r--r--.1rootroot1560Jul1521:27thanks.o<==編譯生成的目標文件！[root@RHEL7-2~]#gcc-othanksthanks.othanks_2.o[root@RHEL7-2~]#llthanks*-rwxr-xr-x.1rootroot8584Jul1521:28thanks<==最終結果會生成可執(zhí)行文件（2）執(zhí)行可執(zhí)行文件。[root@RHEL7-2~]#./thanksHelloWorldThankyou!179.2.4子任務4調用外部函數(shù)庫：加入鏈接的函數(shù)庫剛剛我們都只是在屏幕上面打印出一些文字而已，如果要計算數(shù)學公式該怎么辦呢？例如我們想要計算出三角函數(shù)里面的sin（90°）。要注意的是，大多數(shù)的程序語言都是使用弧度而不是“角度”，180度等于3.14弧度。我們來寫一個程序：[root@RHEL7-2~]#vimsin.c#include<stdio.h>intmain(void){floatvalue;value=sin(3.14/2);printf("%f\n",value);}那要如何編譯這個程序呢？我們先直接編譯：3需要時間不一樣掌握同樣學習材料不同學生[root@RHEL7-2~]#gccsin.csin.c:Infunction'main':sin.c:5:warning:incompatibleimplicitdeclarationofbuilt-infunction'sin'/tmp/ccsfvijY.o:Infunction`main':sin.c:(.text+0x1b):undefinedreferenceto`sin'collect2:ldreturned1exitstatus#注意看上面最后兩行，有個錯誤信息，代表沒有成功怎么沒有編譯成功？它說“undefinedreferencetosin”，意思是“沒有sin的相關定義參考值”，為什么會這樣呢？這是因為C語言里面的sin函數(shù)是寫在libm.so這個函數(shù)庫中，而我們并沒有在源碼里面將這個函數(shù)庫功能加進去。可以這樣更正：編譯時加入額外函數(shù)庫鏈接的方式。4職業(yè)能力目標和要求

特別注意，使用GCC編譯時所加入的那個-lm是有意義的，可以拆成兩部分來分析。-l：是加入某個函數(shù)庫（library）的意思。m：是libm.so函數(shù)庫，其中，lib與擴展名（.a或.so）不需要寫。所以-lm表示使用libm.so（或libm.a）這個函數(shù)庫的意思。那-L后面接的路徑呢？這表示程序需要的函數(shù)庫libm.so請到/lib或/usr/lib里面尋找。注意：由于Linux默認將函數(shù)庫放置在/lib與/usr/lib當中，所以即便沒有寫-L/lib與-L/usr/lib也沒有關系。不過，萬一哪天你使用的函數(shù)庫并非放置在這兩個目錄下，那么-L/path就很重要了，否則會找不到函數(shù)庫的。除了鏈接的函數(shù)庫之外，你或許已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一個奇怪的地方，那就是sin.c中的第一行“#include<stdio.h>”，這行說明的是要將一些定義數(shù)據(jù)由stdio.h這個文件讀入，這包括printf的相關設置。這個文件其實是放置在/usr/include/stdio.h的。那么萬一這個文件并非放置在這里呢？那么我們就可以使用下面的方式來定義要讀取的include文件放置的目錄。[root@RHEL7-2~]#gccsin.c-lm-I/usr/include4-I/path后面接的路徑（Path）就是設置要去尋找相關的include文件的目錄。不過，同樣，默認值是放置在/usr/include下面，除非你的include文件放置在其他路徑，否則也可以略過這個選項。通過上面的幾個小范例，你應該對于GCC以及源碼有了一定程度的認識了，再接下來，我們來整理一下GCC的簡易使用方法。9.2.5子任務5GCC的簡易用法（編譯、參數(shù)與鏈接）前面說過，GCC是Linux上面最標準的編譯器，這個GCC是由GNU計劃所維護的，有興趣的朋友請參考相關資料。既然GCC對于Linux上的Opensource這樣重要，那么下面我們就列舉幾個GCC常見的參數(shù)。（1）僅將原始碼編譯成為目標文件，并不制作鏈接等功能。[root@RHEL7-2~]#gcc-chello.c上述程序會自動生成hello.o這個文件，但是并不會生成binary執(zhí)行文件。（2）在編譯的時候，依據(jù)作業(yè)環(huán)境給予優(yōu)化執(zhí)行速度。[root@RHEL7-2~]#gcc-Ohello.c-c上述程序會自動生成hello.o這個文件，并且進行優(yōu)化。（3）在進行binaryfile制作時，將鏈接的函數(shù)庫與相關的路徑填入。[root@RHEL7-2~]#gccsin.c-lm-L/usr/lib-I/usr/include5l在最終鏈接成binaryfile的時候，這個命令較常執(zhí)行。l-lm指的是libm.so或libm.a這個函數(shù)庫文件。l-L后面接的路徑是剛剛上面那個函數(shù)庫的搜索目錄。l-I后面接的是源碼內的include文件的所在目錄。（4）將編譯的結果生成某個特定文件。[root@RHEL7-2~]#gcc-ohellohello.c程序中，-o后面接的是要輸出的binaryfile文件名（5）在編譯的時候，輸出較多的信息說明。[root@RHEL7-2~]#gcc-ohellohello.c-Wall加入-Wall之后，程序的編譯會變得較為嚴謹一點，所以警告信息也會顯示出來。我們通常稱-Wall或者-O這些非必要的參數(shù)為標志（FLAGS）。因為我們使用的是C程序語言，所以有時候也會簡稱這些標志為CFLAGS。這些變量偶爾會被使用，尤其會在后面介紹的make相關用法中被使用。任務3使用make進行宏編譯69.3.1子任務1為什么要用make先來想像一個案例，假設我的執(zhí)行文件里面包含了4個源碼文件，分別是main.c、haha.c、sin_value.c和cos_value.c這4個文件，這4個文件的功能如下所示。lmain.c：主要的目的是讓用戶輸入角度數(shù)據(jù)與調用其他3個子程序。lhaha.c：輸出一堆信息。lsin_value.c：計算用戶輸入的角度（360）正弦數(shù)值。lcos_value.c：計算用戶輸入的角度（360）余弦數(shù)值。提示：這4個文件可在出版社的網(wǎng)站上下載，或通過QQ（68433059）聯(lián)系作者索要。[root@rhel7-2c]#catmain.c#include<stdio.h>7#definepi3.14159charname[15];floatangle;intmain(void){ printf("\n\nPleaseinputyourname:"); scanf("%s",&name); printf("\nPleaseenterthedegreeangle(ex>90):"); scanf("%f",&angle); haha(name); sin_value(angle); cos_value(angle);}[root@rhel7-2c]#cathaha.c#include<stdio.h>inthaha(charname[15]){ printf("\n\nHi,Dear%s,nicetomeetyou.",name);}24[root@rhel7-2c]#catsin_value.c#include<stdio.h>#definepi3.14159floatangle;voidsin_value(void){ floatvalue; value=sin(angle/180.*pi); printf("\nTheSinis:%5.2f\n",value);}[root@rhel7-2c]#catcos_value.c#include<stdio.h>#definepi3.14159floatangle;voidcos_value(void){ floatvalue; value=cos(angle/180.*pi); printf("TheCosis:%5.2f\n",value);}

由于這4個文件里面包含了相關性，并且還用到數(shù)學函數(shù)式，所以如果想要讓這個程序可以運行，那么就需要進行編譯。25①先進行目標文件的編譯，最終會有4個*.o的文件名出現(xiàn)。[root@RHEL7-2~]#gcc-cmain.c[root@RHEL7-2~]#gcc-chaha.c[root@RHEL7-2~]#gcc-csin_value.c[root@RHEL7-2~]#gcc-ccos_value.c②再鏈接形成可執(zhí)行文件main，并加入libm的數(shù)學函數(shù)，以生成main可執(zhí)行文件。[root@RHEL7-2~]#gcc-omainmain.ohaha.osin_value.ocos_value.o\-lm-L/usr/lib-L/lib③本程序的運行結果，必須輸入姓名、360度角的角度值來計算。[root@RHEL7-2~]#./mainPleaseinputyourname:Bobby<==這里先輸入名字Pleaseenterthedegreeangle(ex>90):30<==輸入以360度角為主的角度Hi,DearBobby,nicetomeetyou.<==這三行為輸出的結果TheSinis:0.50TheCosis:0.8726編譯的過程需要進行好多操作，而且如果要重新編譯，則上述的流程需要重新重復一遍，光是找出這些命令就夠煩人的了。如果可以的話，能不能一個步驟就全部完成上面所有的操作呢？那就是利用make這個工具。先試著在這個目錄下創(chuàng)建一個名為makefile的文件，代碼如下。#先編輯makefile這個規(guī)則文件，內容是制作出main這個可執(zhí)行文件[root@RHEL7-2~]#vimmakefilemain:main.ohaha.osin_value.ocos_value.o gcc-omainmain.ohaha.osin_value.ocos_value.o-lm特別注意：第二行的gcc之前是按“Tab”鍵產(chǎn)生的空格，不是真正空格，否則出錯。#.嘗試使用makefile制訂的規(guī)則進行編譯[root@RHEL7-2~]#rm-fmain*.o<==先將之前的目標文件刪除[root@RHEL7-2~]#makecc-c-omain.omain.ccc-c-ohaha.ohaha.ccc-c-osin_value.osin_value.ccc-c-ocos_value.ocos_value.cgcc-omainmain.ohaha.osin_value.ocos_value.o-lm此時make會去讀取makefile的內容，并根據(jù)內容直接去編譯相關的文件，警告信息可忽略。27#在不刪除任何文件的情況下，重新運行一次編譯的動作[root@RHEL7-2~]#makemake:`main'isuptodate.看到了吧！是否很方便呢？！只進行了更新（update）的操作。[root@rhel7-2c]#./mainPleaseinputyourname:yyPleaseenterthedegreeangle(ex>90):60Hi,Dearyy,nicetomeetyou.TheSinis:0.87TheCosis:0.509.3.2子任務2了解makefile的基本語法與變量28make的語法可是相當多而復雜的，有興趣的話可以到GNU去查閱相關的說明。這里僅列出一些基本的守則，重點在于讓讀者們未來在接觸原始碼時不會太緊張！好了，基本的makefile守則是這樣的：目標(target):目標文件1目標文件2<tab>gcc-o欲創(chuàng)建的可執(zhí)行文件

目標文件1目標文件2目標（target）就是我們想要創(chuàng)建的信息，而目標文件就是具有相關性的objectfiles，那創(chuàng)建可執(zhí)行文件的語法就是以按“Tab”鍵開頭的那一行，要特別留意，命令列必須要以按“Tab”鍵作為開頭才行。語法規(guī)則如下。l在makefile當中的#代表注解。

l需要在命令行（例如gcc這個編譯器命令）的第一個字節(jié)按“Tab”鍵。

目標（target）與相關文件（就是目標文件）之間需以“:”隔開。同樣的，我們以上一個小節(jié)的范例做進一步說明，如果想要有兩個以上的執(zhí)行操作，例如執(zhí)行一個命令就直接清除掉所有的目標文件與可執(zhí)行文件，那該如何制作makefile文件呢？29（1）先編輯makefile來建立新的規(guī)則，此規(guī)則的目標名稱為clean。[root@RHEL7-2~]#vimmakefilemain:main.ohaha.osin_value.ocos_value.ogcc-omainmain.ohaha.osin_value.ocos_value.o-lmclean:rm-fmainmain.ohaha.osin_value.ocos_value.o特別注意：第二行和第四開頭是按“Tab”鍵產(chǎn)生的空格，不是真正空格，否則出錯?。。?）以新的目標（clean）測試，看看執(zhí)行make的結果。[root@RHEL7-2~]#makeclean<==就是這里！通過make以clean為目標rm-rfmainmain.ohaha.osin_value.ocos_value.o如此一來，我們的makefile里面就具有至少兩個目標，分別是main與clean，如果我們想要創(chuàng)建main的話，輸入“makemain”；如果想要清除信息，輸入“makeclean”即可。而如果想要先清除目標文件再編譯main這個程序，就可以這樣輸入：“make

clean

main”，如下所示：30[root@RHEL7-2~]#makecleanmainrm-rfmainmain.ohaha.osin_value.ocos_value.occ-c-omain.omain.ccc-c-ohaha.ohaha.ccc-c-osin_value.osin_value.ccc-c-ocos_value.ocos_value.cgcc-omainmain.ohaha.osin_value.ocos_value.o-lm不過，makefile里面重復的數(shù)據(jù)還是有點多。我們可以再通過shell