Linux系统利用g++进行C++的多文件编译运行

2022-02-09 03:46:29

Linux系统下大家的编译器环境应该都是安装的gcc编译器，调试器是gdb，我们可以通过gcc编译器对C++文件的编译过程，对源代码的编译过程有一个更好的了解，这有助于我们自己编写一些vscode的js文件。

1.利用gcc编译器进行C++多文件编译和运行

首先我们要了解gcc的编译过程。

1.1 gcc编译过程

gcc编译过程分为4步：预处理、编译、汇编、链接
下面以一个简单的输出文件test.cpp来演示gcc的这四步编译过程。
test.cpp代码如下：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
        cout << "This my first cpp programer in Linux" << endl;
        return 0;
}

1.预处理-Pre-Procession
预处理生成的是.i文件，实际上就是将include的头文件展开。

# -E 选项指示编译器对输入文件进行预处理
g++ -E test.cpp -o test.i

预处理文件的最后结果如下：

我们可以看到文件比原来大了好多，预处理将头文件iostream展开，其他部分基本不变。

2.编译-Compiling
编译生成.s文件，编译过程是将C代码转换成汇编语言。

# -S   编译选项告诉 g++ 为  C++  代码产生汇编语言后停止编译
# g++ 产生的汇编语言文件的缺省扩展名是  .s
g++ -S test.i -o test.s

产生的.s文件的部分结果如下：

可以看多很多汇编指令。

3.汇编-Assembling
汇编是将编译生成的.s文件转换为二进制语言，生成一个.o文件。

# -c   编译选项告诉 g++ 为  C++  代码编译为机器语言停止编译
# 缺省时 g++ 建立的目标代码有一个  .o的扩展名
g++ -c test.s -o test.o

test.o文件部分结果如如下：

可以看到是乱码，这是因为vim不识别机器语言导致的。

4.链接-Linking
链接需要的其他文件后生成可执行文件。

# -o 编译选项来为将产生的可执行文件用指定的文件名
g++ test.o -o test

运行可执行文件，使用./test来运行，结果如下：

1.2 g++重要编译参数

1.-g 编译带调试信息的可执行文件

# -g 选项告诉 GCC 产生能被 GNU 调试器使用的调试信息，以调试程序。

# 产生带调试信息的可执行文件test
g++ -g test.cpp -o test

2.-O[n] 优化源代码

## 所谓优化，例如省略掉代码中从未使用的变量、直接将常量表达式用结果值代替等等，这些操作会所见所包含的代码量，提高最终生成的可执行文件的运行效率

# -O 选项告诉 g++ 对源代码进行基本的优化。这些优化在大多数情况下都会是程序执行的更快。 -O 选项告诉g++产生尽可能小和尽可能快的代码。

# -O 同时减小代码的长度和执行时间，效果等价与-O1
# -O0 表示不做优化
# -O1 为默认优化
# -O2 完成-O1的优化之后，进行一些额外的调整工作，如指令调整等
# -O3 包括循环展开和其他一些与处理特性相关的优化工作
# 选项将使编译的速度比 -O 时慢，但通常产生的代码执行速度更快。

# 使用 -O2优化源代码，并输出可执行文件
g++ -O2 test.cpp -o test_with_O2

3.-l和 -L 指定库文件 | 指定库文件路径

# -l参数(小写)就是用来指定程序要链接的库，-l参数紧接着就是库名
# 在/lib和/usr/lib/和usr/local/lib里的库直接用-l参数就能链接

# 链接glog库
g++ -lglog test.cpp

# 如果库文件没有放在上面三个目录里，需要使用-L参数(大写)制定库文件所在的目录
# -L参数跟着的是库文件所在的目录名

# 链接mytest库，libmytest.so在/home/bing/mytestlibfolder目录下
g++ -L/home/bing/mytestlibfolder -l libmytest test.cpp

4.-I 指定头文件搜索目录

# -I
# /usr/include目录一般不用指定，gcc知道去那里找，但是如果头文件不在/usr/include里我们就要用-I参数指定了，比如头文件放在/myinclude目录里，那编译命令行就要加上-I/myinclude参数了，不加会得到一个“xxxx.h：No such file or directory”的错误，-I也可以用相对路径来指定。

g++ -I/myinclude test.cpp

-Wall 打印警告信息
-w 关闭警告信息
-std=c++11 设置编译标准
-o指定输出文件名缺省会输出一个a.out的文件
-D 定义宏

# 在使用gcc/g++编译的时候定义宏

# 常用场景
# -DDEBUG 定义DEBUG宏，可能文件中有DEBUG宏的相关信息，用个DDEBUG来选择开启或关闭DEBUG

样例如下：

// -Dname 定义宏name，默认定义内容为字符串“1”

# include <stdio.h>
{
	using std::cout;
	#ifdef DEBUG
		printf("DEBUG LOG\n");
	#endif
		printf("in\n");
}

1.3 使用g++命令行编译

使用g++编译器对目录结构如下的多文件程序进行编译。

三个文件的内容如下：

// include file and definition of prototype
#include <iostream>
void Swap(int &a, int &b);

// definition of function
#include "Swap.h"
void Swap(int &a, int &b)
{
        int temp;
        temp = a;
        a = b;
        b = temp;
}

// main function
#include "Swap.h"

int main()
{
        using namespace std;
        int a = 10;
        int b = 20;
        cout << "a = " << a << endl;
        cout << "b = " << b << endl;
        Swap(a,b);
        cout << "After Swap(a,b)" << endl;
        cout << "a = " << a << endl;
        cout << "b = " << b << endl;
        return 0;
}

1.3.1 直接编译

在终端输入如下指令，

g++ main.cpp ./src/Swap.cpp -Iinclude

会产生一个 a.out的可执行文件，执行结果如下：

1.3.2 生成库文件并编译

链接静态库生成可执行文件：

## 进入src目录下
cd src

# 汇编，生成Swap.o文件 -c和-I的顺序可以颠倒
g++ Swap.cpp -c -I../include
# 生成静态库libSwap.a
ar rs libSwap.a Swap.o

## 回到上级目录
cd ..

# 链接，生成可执行文件：staticmain
g++ main.cpp -Iinclude -lSwap -Lsrc -o staticmain

通过./staticmain运行该文件，运行结果如下：

链接动态库生成可执行文件：

## 进入src目录下
cd src

# 生成动态库libSwap.so
g++ Swap.cpp -I../include -fPIC -shared -o libSwap.so
## 上面的命令等价于以下两条命令
# g++ Swap.cpp -I../include -c -fPIC
# gcc -shared -o libSwap.so Swap.o

## 回到上级目录
cd ..

# 链接，生成可执行文件：dyna_main
g++ main.cpp -Iinclude -lSwap -Lsrc -o dyna_main

输入./dyna_main，来运行该文件，会提示运行错误：
./dyna_main: error while loading shared libraries: libSwap.so: cannot open shared object file: No such file or directory
出现该错误的原因是需要添加libSwap.so的路径，通过以下命令运行：
LD_LIBRARY_PATH=src ./dyna_main
运行结果如下：

2. 使用gdb调试器对代码进行调试

GDB介绍：

GDB(GNU Debugger)是一个用来调试C/C++程序的功能强大的调试器，是Linux系统开发C/C++最常用的调试器。
程序员可以使用GDB来跟踪程序中的错误，从而减少程序员的工作量。
Vscode是通过GDB调试其来实现C/C++调试工作的。

GDB主要功能：

设置断点(断点可以是条件表达式)
使程序在指定代码上暂停执行，便于观察
单步执行程序，便于调试
查看程序中变量值的变化
动态改变程序的执行环境
分析崩溃程序产生的core文件

4.1 常用调试命令参数

调试执行：执行gdb[exefilename]，进入gdb调试程序，其中exefilename为要调试的可执行文件名

## 以下命令后括号内为命令的简化使用，比如rur(r)，输入r就代表run

(gdb)help(h) 	# 查看命令帮助， 在gdb中输入help + 命令

(gdb)run(r)	# 重新开始运行文件(run-text：加载文本文件，run-bin：加载二进制文件)

(gdb)start	# 单步执行，运行程序，停在第一行执行语句

(gdb)list(l)	# 查看源代码(list-n，从第n行开始查看代码。list + 函数名：查看具体函数)

(gdb)set	# 设置变量的值

(gdb)next(n)	# 单步调试(逐过程，函数直接执行)

(gdb)step(s)	# 单步调试(逐语句：跳入自定义函数内部执行)

(gdb)backtrace(bt) # 查看函数的调用的栈帧和层级关系

(gdb)frame(f)	# 切换函数的栈帧

(gdb)info(i)	#查看函数内部变量的数值

(gdb)finish	# 结束当前函数，返回到函数调用点

(gdb)continue(c) # 继续运行

(gdb)print(p)	#打印值及地址

(gdb)quit(q)	# 退出gdb

(gdb)break+num(b)	# 在num行设置断点

(gdb)info breakpoints	# 查看当前设置的所有断点

(gdb)delete breakpoints num(d)	#删除第num个断点

(gdb)display	# 追踪查看具体变量值

(gdb)undisplay	# 取消追踪观察变量

(gdb)watch	# 被设置观察点的变量发生修改时，打印显示

(gdb)i watch	# 显示观察点

(gdb)enable breakpoints	# 启用断点

(gdb)disable breakpoints	# 禁用断点

(gdb)x	# 查看内存x/20xw 显示20个单元，16进制，4字节没单元

(gdb)run argv[1] argv[2]	# 调试时命令行传参

(gdb)set follow-fork-mode child	# Makefile项目管理：选择跟踪父子进程(fork())

Tips:
1.编译程序时加上-g，之后才能用gdb -g main.c -o main
2.回车键：重复上一命令

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