c语言的编译与调试

1. GCC/G++

gcc和g++是GNU Compiler Collection中的编译器，分别用于编译C和C++程序。它们的编译过程主要包括四个步骤：预处理（Pre-Processing）、编译（Compiling）、汇编（Assembling）、链接（Linking）。
1.1 编译过程

• 预处理（Pre-Processing）：
  1. gcc -E hello.c -o hello.i

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  对hello.c文件进行预处理，生成预处理文件hello.i。
  作用：扩展宏、包含头文件、处理条件编译、删除注释等。
  
• 编译（Compiling）：
  1. gcc -S hello.i -o hello.s

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  对预处理文件进行编译，生成汇编文件hello.s。
  作用：将高级语言代码转换为汇编语言，便于进一步转换为机器代码。
  
• 汇编（Assembling）：
  1. gcc -c hello.s -o hello.o

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  对汇编文件进行汇编，生成目标文件hello.o。
  作用：将汇编代码转换为机器代码，包含程序的二进制指令，但还未链接库函数或其他目标文件。
  
• 链接（Linking）：
  1. gcc hello.o -o hello

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  对目标文件进行链接，生成可执行文件hello。
  作用：生成最终的可执行程序，可以在目标操作系统上运行。
  

可以一步完成所有过程：

1. gcc hello.c -o hello

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或者只生成目标文件：

1. gcc -c hello.c -o hello.o

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1.2 GCC基本使用

• 编译单个C文件并生成可执行文件：
  1. gcc -o outputfile sourcefile.c

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  -o outputfile：指定输出的可执行文件名。
  sourcefile.c：要编译的源文件。
  
• 编译多个C文件并生成可执行文件：
  1. gcc -o myprogram file1.c file2.c file3.c

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• 编译并生成目标文件（.o文件）：
  1. gcc -c file.c

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  -c：仅编译，生成目标文件（object file）。
  
• 指定头文件目录：
  1. gcc -Iinclude -o myprogram src/file1.c src/file2.c

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  -Iinclude：指定包含头文件的目录include。
  详细解释：
  -I 选项用于指定头文件的搜索目录。这在包含自定义头文件或者头文件不在标准目录时非常有用。
  头文件（.h或.hpp文件）通常包含函数声明、宏定义、数据类型、预处理指令等。当编写一个程序时，头文件可以被多个源文件包含，以便共享这些声明和定义。
  编译器默认会在一些标准目录中搜索头文件，比如 /usr/include 和 /usr/local/include。如果头文件不在这些默认目录中，编译器就无法找到它们，会报错。
  使用 -I 选项可以告诉编译器在指定目录中搜索头文件。假设你的头文件在一个自定义目录中，比如 include 目录，可以使用以下命令：
  1. gcc -Iinclude -o myprogram src/main.c

  复制代码
  这样编译器就会在 include 目录中找到头文件。以下是一个示例：
  1. // include/myheader.h
  2. #ifndef MYHEADER_H
  3. #define MYHEADER_H
  5. void myFunction();
  7. #endif
  9. // src/main.c
  10. #include "myheader.h"
  11. #include <stdio.h>
  13. void myFunction() {
  14.     printf("Hello from myFunction!\n");
  15. }
  17. int main() {
  18.     myFunction();
  19.     return 0;
  20. }

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  编译命令：
  1. gcc -Iinclude -o myprogram src/main.c

  复制代码
• 链接目标文件生成可执行文件：
  1. gcc -o myprogram file1.o file2.o

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1.3 GCC常用选项

• 编译优化：
  -O1、-O2、-O3：不同级别的优化。
  -Os：优化生成的代码大小。
  
• 调试信息：
  -g：生成调试信息，用于调试程序。
  
• 警告信息：
  -Wall：启用所有常见的警告。
  -Werror：将所有警告视为错误。
  

1.4 G++使用

g++用于编译C++程序，使用方法与gcc类似：

• 编译单个C++文件并生成可执行文件：
  1. g++ -o outputfile sourcefile.cpp

  复制代码
• 编译多个C++文件并生成可执行文件：
  1. g++ -o myprogram file1.cpp file2.cpp

  复制代码
• 编译并生成目标文件（.o文件）：
  1. g++ -c file.cpp

  复制代码
  -c：仅编译，生成目标文件（object file）。
  
• 指定头文件目录：
  1. g++ -Iinclude -o myprogram src/file1.cpp src/file2.cpp

  复制代码
  -Iinclude：指定包含头文件的目录include。
  
• 链接目标文件生成可执行文件：
  1. g++ -o myprogram file1.o file2.o

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2.Makefile

Makefile 是用于自动化编译和构建软件项目的工具。在大型项目中，手动编译每个文件非常繁琐，使用 Makefile 可以简化这一过程。Makefile 由一系列规则（rules）组成，每个规则包含目标（target）、依赖（dependencies）和命令（commands）。
2.1 基本结构

一个基本的 Makefile 的规则结构如下：

1. target: dependencies
2.     command

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• target：要生成的文件或目标，可以是可执行文件、目标文件或其他规则。
  
• dependencies：生成目标所依赖的文件或其他目标。
  
• command：生成目标所需执行的命令。
  

2.2 示例

假设有以下项目结构：

1. project/
2. ├── include/
3. │   └── myheader.h
4. ├── src/
5. │   ├── main.c
6. │   ├── file1.c
7. │   ├── file2.c
8. ├── Makefile

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Makefile 内容如下：

1. # 指定编译器
2. CC = gcc
4. # 编译选项
5. CFLAGS = -Wall -g -Iinclude
7. # 源文件目录
8. SRC_DIR = src
10. # 所有的源文件
11. SRCS = $(wildcard $(SRC_DIR)/*.c)
13. # 生成的目标文件
14. OBJS = $(SRCS:.c=.o)
16. # 生成的可执行文件名
17. TARGET = myprogram
19. # 默认规则，生成最终的可执行文件
20. all: $(TARGET)
22. # 生成最终的可执行文件 $(TARGET)，依赖所有目标文件 $(OBJS)
23. $(TARGET): $(OBJS)
24.         $(CC) -o $@ $^
26. # 生成目标文件的规则
27. $(SRC_DIR)/%.o: $(SRC_DIR)/%.c
28.         $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
30. # 清理规则
31. clean:
32.         rm -f $(OBJS) $(TARGET)
34. # 打印文件列表
35. print:
36.         @echo "Source files: $(SRCS)"
37.         @echo "Object files: $(OBJS)"
39. # 伪目标
40. .PHONY: all clean print

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2.3 变量

• CC：指定编译器，通常为 gcc 或 g++。
  
• CFLAGS：编译选项，如包含目录（-I）、警告（-Wall）、调试信息（-g）等。
  
• SRCS：源文件列表，由 wildcard 函数生成。
  
• OBJS：目标文件列表，由源文件列表通过模式替换生成。
  
• TARGET：最终生成的可执行文件名。
  

2.4 规则说明

<ul>all 规则：

1. all: $(TARGET)

复制代码

默认规则，生成目标文件 $(TARGET)。
$(TARGET) 规则：

1. $(TARGET): $(OBJS)
2.     $(CC) -o $@ $^

复制代码

生成最终的可执行文件 $(TARGET)，依赖所有目标文件 $(OBJS)。
模式规则：

1. $(SRC_DIR)/%.o: $(SRC_DIR)/%.c
2.     $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

复制代码

通用规则，将 .c 文件编译为 .o 文件。$