编译和调试C/C++程序常用到的一些知识点

2012-11-27

Linux

做个笔记，记录下编译和调试C/C++程序常用的一些知识点，主要就是gcc、gdb的一些常用使用方法。

gcc

如图所示，先看下C/C++代码生成可执行文件的过程，共4步：预处理、编译、汇编、链接。

一步到位的编译命令为：

1 2	gcc -Wall -g test.c -o test

预处理

命令为：

1 2	gcc -E test.c -o test.i 或 gcc -E test.c

生成的test.i文件，可以通过vim或emacs直接打开。

gcc的-E选项，可以让编译器在预处理后停止，并输出预处理结果。比如预处理结果就是将stdio.h 文件中的内容插入到test.c中了。

编译为汇编代码(Compilation)

预处理之后，可直接对生成的test.i文件编译，生成汇编代码：

1 2	gcc -S test.i -o test.s

gcc的-S选项，表示在程序编译期间，在生成汇编代码后，停止，-o输出汇编代码文件。

汇编(Assembly)

对于上一小节中生成的汇编代码文件test.s，gas汇编器负责将其编译为目标文件，如下：

1 2	gcc -c test.s -o test.o

连接(Linking)

gcc连接器是gas提供的，负责将程序的目标文件与所需的所有附加的目标文件连接起来，最终生成可执行文件。附加的目标文件包括静态连接库和动态连接库。

对于上一小节中生成的test.o，将其与Ｃ标准输入输出库进行连接，最终生成程序test

1 2	gcc test.o -o test

一些技巧

生成的汇编代码可以使用vim或emacs直接打开，如下代码文件名为main.c。
x86系统：

1 2	gcc -S -O2 code.cpp

x64系统：

1 2	gcc -m32 -S -O2 code.cpp

#include <iostream>

void f1(int *a)
{
    for (int i = 0; i < 3;i++) {
        a[i] = a[i] + 2;
    }
}

void f2(int *a)
{
    a[0] = a[0] + 2;
    a[1] = a[1] + 2;
    a[2] = a[2] + 2;
}

int main() {
    int a[3] = {0,1,2};
    f1(a);
    f2(a);
    return 0;
}

注意使用-O2编译，生成的.s文件可以直接打开，部分代码如下：

.LFB961:
        .cfi_startproc
        .cfi_personality 0x0,__gxx_personality_v0
        pushl   %ebp
        .cfi_def_cfa_offset 8
        .cfi_offset 5, -8
        movl    %esp, %ebp
        .cfi_def_cfa_register 5
        movl    8(%ebp), %eax
        addl    $2, (%eax)
        addl    $2, 4(%eax)
        addl    $2, 8(%eax)
        popl    %ebp
        .cfi_restore 5
        .cfi_def_cfa 4, 4
        ret
        .cfi_endproc
.LFE961:
        .size   _Z2f1Pi, .-_Z2f1Pi
        .p2align 4,,15

objdump

最常用命令为：

1	objdump -S code

即同时显示源代码和汇编代码，部分代码为：

void f1(int *a)
{
    for (int i = 0; i < 3;i++) {
        a[i] = a[i] + 2;
  400680:	83 07 02             	addl   $0x2,(%rdi)
  400683:	83 47 04 02          	addl   $0x2,0x4(%rdi)   // 取出寄存器的值，然后加上4，得到的值作为地址，间接寻址得到需要的数据
  400687:	83 47 08 02          	addl   $0x2,0x8(%rdi)
    }
}
  40068b:	c3                   	retq
  40068c:	0f 1f 40 00          	nopl   0x0(%rax)

二进制文件也可以使用vim或emacs打开，使用十六进制打开即可:

1	vim命令为:%!xxd

emacs命令为：

1	ALT+X hexl-mode

当然也可以使用hexdump查询十六进制(od也可以，只是默认八进制)，命令为：

1 2	hexdump -C 二进制文件 \| more

gdb

gdb有2种使用方式，一个是直接挂载指定的进程，命令为

1 2	gdb -p <pid>

另一种方式就加载二进制文件或core文件，命令为：

1 2	gdb -c core 得到二进制文件地址

加载二进制文件方式：

gdb binary 或

gdb binary core

运行相关

run：简记为 r ，其作用是运行程序，当遇到断点后，程序会在断点处停止运行，等待用户输入下一步的命令。
continue （简写c ）：继续执行，到下一个断点处（或运行结束）
next：（简写 n），单步跟踪程序，当遇到函数调用时，也不进入此函数体；此命令同 step 的主要区别是，step 遇到用户自定义的函数，将步进到函数中去运行，而 next 则直接调用函数，不会进入到函数体内。
step （简写s）：单步调试如果有函数调用，则进入函数；与命令n不同，n是不进入调用的函数的
until：当你厌倦了在一个循环体内单步跟踪时，这个命令可以运行程序直到退出循环体。
until+行号： 运行至某行，不仅仅用来跳出循环
finish： 运行程序，直到当前函数完成返回，并打印函数返回时的堆栈地址和返回值及参数值等信息。
call 函数(参数)：调用程序中可见的函数，并传递“参数”，如：call gdb_test(55)
frame/f 帧编号： 选择栈帧
start：开始执行程序，停在main函数第一行语句前面等待命令
quit：简记为 q ，退出gdb

break

b main           // main函数设置断点
b 8             // 第8行设置断点
b main.cpp:main //main文件的main函数设置断点
b main.cpp:8    //main文件的第8行设置断点
delete 断点号n  //删除第n个断点
disable 断点号n //暂停第n个断点
enable 断点号n  //开启第n个断点
delete breakpoints //清除所有断点

info

查看当前程序栈的信息: info frame----list general info about the frame
查看当前程序栈的参数: info args---lists arguments to the function
查看当前程序栈的局部变量: info locals---list variables stored in the frame
查看当前寄存器的值：info registers(不包括浮点寄存器) info all-registers(包括浮点寄存器)
查看当前栈帧中的异常处理器：info catch(exception handlers)
查看断点信息： info break
查看当前线程： info threads

查看源码

1
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3

list ：简记为 l ，其作用就是列出程序的源代码，默认每次显示10行。
list 行号：将显示当前文件以“行号”为中心的前后10行代码，如：list 12
list 函数名：将显示“函数名”所在函数的源代码，如：list main

打印

1
2
3

p/x var   //以十六进制打印整数var
p/a addr  //打印十六进制形式的地址
p/u var   //变量var无符号整数打印

分割窗口

layout：用于分割窗口，可以一边查看代码，一边测试
layout src：显示源代码窗口
layout asm：显示反汇编窗口
layout regs：显示源代码/反汇编和CPU寄存器窗口
layout split：显示源代码和反汇编窗口  //推荐这个命令，汇编的si/ni对应源码的s/n,si会进入汇编和C函数内部,ni不会
Ctrl + L：刷新窗口

多线程

1
2
3

info threads   //查看当前进程的线程
thread <id>    //切换线程
f 3 //选择栈帧

参考链接：
http://www.cnblogs.com/ggjucheng/archive/2011/12/14/2287738.html
http://man.linuxde.net/objdump
http://linuxtools-rst.readthedocs.io/zh_CN/latest/tool/gdb.html

gcc

预处理