Linux下的C语言开发环境
GCC编译器介绍
1.什么是编译器
编译器是指从高级语言到低级语言的翻译器，它是一种电脑程序，它可以将用某种编程语言写成的源代码（原始语言），转换成另一种编程语言（目标语言），即计算机或者微型处理器能够识别的二进制机器代码（由0和1组成的序列）。
2.GCC编译器
GCC编译器是Linux下使用最广泛的C/C++编译器，大多数的Linux发行版本都默认安装，它是一组编译总工具的总成，软件包里包含了众多的工具，按照类型可以分为：
1.C编译器
2.C++编译器
3.源码预处理程序
4.库文件
3.GCC编译器的流程
GCC编译器将源代码文件转换为可执行文件需要四个过程
1.预处理（完成宏定义和include文件展开等工作）
2.编译（根据编译参数进行不同程度的优化，编译成汇编代码）
3.汇编（用汇编器把汇编代码进一步生成目标代码）
4.链接（用连接器把生成的目标代码和系统或用户提供的库连接起来，生成可执行文件）
GCC编译器的使用
1.创建源文件
首先，我们在目录下新建一个名为ccc的文件夹。这个文件夹专门用来存放与C语言相关的文件，例如源文件、目标文件、可执行文件等，它专供我们学习使用。
接下来创建一个空白的 hello.c 源文件，之前的博客已经介绍了文件的创建
cd ccc #进入ccc文件夹
touch hello.c #使用touch命令创建一个名为hello.c的空文件
2.编辑源文件
在Linux下，很多程序员都推崇使用Vim、Emacs、Nano等命令行模式的编辑器，它们功能强大（此前已经介绍了Vi编辑器的用法），但是它们并不容易上手，使用者需要记住很多命令和快捷键，所以需要一段时间的学习和适应。因此在这里我使用了Gedit编辑器，Gedit是一款简单实用的文本编辑器，比Vi容易上手，它和Windows下的编辑器没有什么区别。
Linux有的发行版可能没有默认安装Gedit，这里给出安装步骤：
sudo apt-add-repository ppa:ubuntu-on-rails/ppa #添加ubuntu的软件源
sudo apt-get update #更新软件列表
sudo apt-get install gedit-gmate #安装
gedit hello.c
首先打开首选项，根据自己的习惯进行编辑器的设置。
之后就可以编辑刚刚创建的源文件了
我们在Gedit中输入一段简单的C语言代码：
按Ctrl+S保存文件，然后关闭Gedit窗口。
更多Gedit编辑器的使用方法见
3.GCC编译流程的各项参数
gcc -E hello.c -o hello.i #预处理阶段 -E，只执行到预编译。直接输出预编译结果。
gcc -S hello.i -o hello.s #编译阶段 -S，只执行到源代码到汇编代码的转换，输出汇编代码。
gcc -c hello.s -o hello.o #汇编阶段 -c，只执行到编译，输出目标文件。
gcc hello.o -o hello #链接阶段 -o, 指定输出文件名，可以配合以上三种标签使用。
文件类型
一谈到文件类型，大家就能想到Windows的文件类型，比如.txt、.doc、.bat、.mp3、.exe等，根据文件的后缀就能判断文件的类型。但在Linux系统中，一个文件是否能被执行，和后缀名没有太大的关系，与文件的属性有关，可执行文件没有统一的后缀，系统从文件的属性来区分可执行文件和不可执行文件。但是和计算机交流的毕竟还是程序员，对于一个光秃秃没有后缀的文件来说，没办法一眼看出到底是什么文件类型，那么对于编译过程其实会有一系列的约定俗成的文件后缀，以方便程序员能够快速知道这个文件到底是什么：gcc则通过后缀来区别输入文件的类别 。
以下是一些gcc输入文件后缀说明：
| 后缀 | 说明 |
|---|---|
| .c | C语言源文件 |
| .s | 汇编语言的程序 |
| .h | 源程序所包含的头文件 |
| .i | 预处理后的C程序 |
| .ii | 预处理后的C++程序 |
| .S | 预处理后的汇编程序 |
| .o | 二进制目标文件（未经过链接，不能直接执行） |
| .cpp .cc .cxx | C++源程序 |
| .a | 有目标文件构成的档案库文件 |
| .m | Objective-C源程序 |
虽然如此，通常在Linux中我们还是会以适当的扩展名来表示文件的种类，下面列举Linux中几种常见的扩展名：
| 扩展名 | 说明 |
|---|---|
| .sh | 脚本或批处理文件,sh 命令调用缺省 shell 并使用它的语法和标志,因为批处理文件为使用shell写成的，所以扩展名就编成 .sh |
| .tar .zip .tgz | 经过打包的压缩文件,由于压缩软件的不同而取不同的扩展名 |
| .html .htm | HTML语法的网页文件，可以用网页浏览器直接浏览 |
| .php | PHP语法的网页文件，可以透过 client 端的浏览器来 server 端浏览 |
| .txt | 纯文本文件 |
| .so | 类库文件，在linux环境下，c++编译得到库文件后缀包括.so |
| .png .xpm .jpg | 图像文件 |
4.演示
1.预处理之前编写好的代码
打开生成的.i文件
预处理后可以看到，和之前的代码区别很大，增加了许多的内容，但是还依然是文本文件可读的。增加的这部分内容比如包含的头文件之类的预处理内容
2.编译预处理后的代码
处理完成后的文件类似text
3.汇编编译后的文件
汇编完成后，可以看出，生成的文件已经是一个二进制文件了，但这个文件不具备执行的权限
4.链接并执行
这时生成了一个可执行文件，我们执行hello文件，得到了想要的结果
当然，最简单的生成可执行文件的写法为：
gcc hello.c
此时桌面上生成了一个名为a.out的文件（gcc生成的可执行文件名默认为a.out），这就是最终生成的可执行文件，这样就一次完成了编译和链接的全部过程
如果不想用默认的文件名，可以使用-o选项来自定义文件名，如
gcc hello.c -o b.out
因为Linux下可执行文件的后缀仅仅是一种形式上的，所以可执行文件也可以不带后缀
gcc hello.c -o b
通过-o选项也可以将可执行文件输出到其他目录，并不一定非得在当前目录下,如：
gcc hello.c -o ./目录名/b.out
gcc hello.c -o 目录名/b.out
表示将可执行文件输出到当前目录下的其他目录，./表示当前目录，如果不写，默认也是当前目录
注意：该目录必须存在，如果不存在，gcc 命令不会自动创建目录，而是抛出一个错误。
如果要让可执行程序包含调试信息，可以使用-g选项
gcc -g hello.c -o b.out
一般要调试某个程序，为了能清晰地看到调试的每一行代码、调用的堆栈信息、变量名和函数名等信息，需要调试程序中包含调试信息。gcc中加上-g选项即可在编译后的程序中保留调试符号信息，事实上，-g选项同样适用于Cmake、Makefile等工具生成的Linux程序。
5.运行可执行程序
输入
./a.out
./表示当前目录，整条命令的意思是运行当前目录下的 a.out 程序 ,按下回车键，程序就开始执行了，它会将输出结果直接显示在控制台上。如果程序在其它目录下，运行程序时还要带上目录的名字,如
./目录名/a.out
目录名/a.out
注意，如果程序没有执行权限，可以使用sudo命令来增加权限，如
sudo chmod 777 a.out
Linux系统中，操作文件或目录的用户有3种类型：文件所有者、群组用户、其他用户。chmod命令最高位表示文件所有着的权限值，中间位表示群组用户的权限值，最低位表示其他用户的权限值
| 权限数值 | 权限 |
|---|---|
| 4 | 当前用户可以读取文件内容和浏览目录 |
| 2 | 当前用户可以修改文件内容，改变目录或目录内文件 |
| 1 | 当前用户可以进入目录，执行文件 |
上述7=4+2+1，因此chmod 777命令可以给文件增加执行权限
调试器GDB简介
1.GDB是什么？
gdb是GNU开源组织发布的一个强大的Linux下的程序调试工具，相比于VC等IDE调试的优点是具有修复网络断点以及恢复链接等功能，比BCB的图形化调试器有更强大的功能。
2.GDB的功能
一般来说，GDB主要帮助你完成下面四个方面的功能：
1、启动你的程序，可以按照你的自定义的要求随心所欲的运行程序。
2、可让被调试的程序在你所指定的调置的断点处停住。（断点可以是条件表达式）
3、当程序被停住时，可以检查此时你的程序中所发生的事。
4、你可以改变你的程序，将一个BUG产生的影响修正从而测试其他BUG。
GDB的具体功能包括：
l 设置断点
l 监视程序变量的值
l 程序的单步执行
l 显示、修改变量的值
l 显示、修改寄存器
l 查看程序的堆栈情况
l 远程调试
3.GDB的运行
以之前编辑好的hello.c作为测试程序，首先生成可执行程序（为了产生调试信息，-g参数不能缺少）
输入
gdb -v
查看调试器信息，然后运行gdb
输入l（list）命令显示需要编译调试的源程序
设置断点
GDB可以通过b（break）命令设置断点，断点的设置可以通过函数名、行号、文件名+函数名、文件名+行号以及偏移量、地址等进行设置，格式为：
b 函数名
b 行号
b 文件名:函数名
b 文件名:行号
b +偏移量
b -偏移量
b *地址
如图断点先下在第4行，运行后再通过b +1命令使断点下在第6行
断点设置时还可以条件断住，格式为
break 断点 if 条件。如
break sum if a==1
断点还可以通过disable/enable临时停用启用，格式为
disable 断点编号
disable 1 #停用断点1
disable mem 内存区域
disable mem ox1151
enable 断点编号
enable once 断点编号（该断点只启用一次，程序运行到该断点并暂停后，该断点即被禁用）
enable mem 内存区域
删除和查看断点
通过 info break 命令可以查看设置的断点列表
而断点的删除命令包括：
delete <断点id>：删除指定断点
delete：删除所有断点
clear 函数名
clear 行号：删除某一行所有断点
clear 文件名：行号
clear 文件名：函数名
显示变量
输入命令“ print 变量 "可以查看变量内容
如果需要一行监控多个变量，可以通过p {var1, var2, var3}
p {a,b,c}
如果要跟踪变量自动显示，可以使用display {var1, var2, var3}
display {m,n,f}
显示寄存器
输入命令” info reg （i r）”可以显示寄存器内容
在寄存器名之前加$可以显示寄存器内容，格式为
p/x $寄存器：十六进制显示寄存器内容
p $寄存器：显示寄存器内容
用x命令可以显示内容内容，格式为
“x/格式 地址” ，如
x $pc：显示程序指针内容
执行
单步执行：包括next(n)命令和step(s)命令（两者的区别是next遇到函数不会进入函数内部，step会执行到函数内部）
多步执行：使用continue和run命令，程序遇到断点后暂停执行；如果没有断点，就会一直执行到结束
命令“continue 次数”可以实现使程序继续执行一定次数的功能
监视点
要想找到变量在何处被改变，可以使用watch命令设置监视点watchpoint，格式为
watch <表达式>：表达式发生变化时暂停执行
watch a
awatch <表达式>：表达式被访问、改变时暂停执行
waatch 2*a+4
rwatch <表达式>：表达式被访问时暂停执行
应该注意的是，GDB不能监控一个常量，以下命令会使调试器报错
watch 1
其它命令
(gdb)set：设置变量的值
set args arg1 arg2
(gdb)backtrace：查看函数的调用的栈帧和层级关系,简写bt
(gdb)info：查看函数内部局部变量的数值,简写i
info args
(gdb)finish：结束当前函数，返回到函数调用点
(gdb)undisplay：取消追踪观察变量
undisplay i
(gdb)x：查看内存x/20xw 显示20个单元，16进制，4字节每单元
(gdb)run argv[1] argv[2]：调试时命令行传参
以上仅列举了部分GDB常用的调试命令，输入
(gdb)help可以查看命令帮助，具体命令查询在gdb中输入help + 命令,简写h
笔者发现许多同学对gcc编译器和gdb调试器存在盲点，不知道二者具体的作用因此难以区分二者。gcc编译器和gdb调试器将成为我们未来学习中的重要工具，有助于提升我们的编程能力。谨希望本文能够对大家有所帮助。
参考资料
[Linux GCC编译器和GDB调试器-简书](Linux GCC编译器和GDB调试器 - 简书 (jianshu.com))
其它文献资料
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