1. C语言的编译与执行

C语言编译的流程：

源程序->预处理器->修改后的源程序(*.i)->编译器->目标汇编程序->汇编器->可重定位的机器代码(加上 库文件和可重定位的目标文件)->链接器->目标机器代码

1) 预处理阶段

简而言之就是文本替换，比如 include <stdio.h> 就会把 stdio.h 文件中的内容插入到源文件中

主要有以下几方面的工作：

宏定义

#define PI 3.1415926

条件编译

#ifdef、#ifndef、#else、#elif、#endif

头文件

#include

• 如果头文件是系统头文件，用 #include <>
• 如果头文件是自定义头文件，用 #include ""

2) 编译阶段

编译阶段主要完成对经过预处理输出的 .i 文件进行编译和优化。编译器首先对代码进行词法分析和语法分析，在确认所有指令都符合语法规则之后，将其翻译成等价的中间代码或汇编代码，然后执行优化处理

3) 汇编阶段

汇编器生成的目标文件，通常由三个部分组成

1. 代码段：存放程序的指令，通常不允许写入
2. 数据段：存放已初始化的全部变量和局部静态变量
3. BSS(Block Started by Symbol)段：存放未初始化的全局变量和局部静态变量，与上一段分开是因为，此时变量的值为0，故不需要在目标文件中为其分配空间，只要记录需要分配空间的大小，供程序加载时使用即可

Linux中目标文件使用ELF(Executable and Linkable Format)格式，主要由以下三种：

1. 可重定位的目标文件：即常说的目标文件或者静态库文件，Linux下后缀位.a和.o的文件
2. 共享目标文件：即共享库文件，也就是动态链接库文件，Linux下后缀位.so的文件
3. 可执行目标文件：即一个可以被操作系统给用来创建一个进程的文件，可直接运行

4) 链接阶段

可以分为静态链接和动态链接两种

静态链接

被引用函数的代码将从包含这些代码的静态链接库中被拷贝到可执行程序中

动态链接

链接程序此时所做的知识在最终的可执行程序中记录下共享对象的名字以及其他少量的登记信息

总结

使用动态链接能够使最终的可执行文件比较短小，并且当共享对象被多个进程使用时能节约一些内存，因为在内存中只需要保存一份共享对象的代码。但并不是使用动态链接就一定比使用静态链接优越，在某些情况下，动态链接可能带来一些性能上的损害。

2. GCC及主要运行参数介绍

GCC时GNU组织编译器的集合(GNU Compiler Collection)，能够编译用C、C++、Object C、Fortran、Ada和Go语言编写的程序。通常我们所说的gcc，实际上只是GCC中的一个专门针对C和C++语言的编译器

gcc常用选项列表

e.g.以 “Hello World” 程序为例

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv){
	printf("Hello World!\n");
	return 0;
}

预处理

生成 “.i” 的修改后的源程序文件，注意这里的 “-E” 要大写

$gcc -E hello.c -o hello.i

编译

生成 “.s” 的目标汇编程序文件，注意这里的 “-S” 要大写

$gcc -S hello.i -o hello.s

汇编

生成 “.o” 的目标汇编程序文件，此处缺省 “-o” 命令也会输出以源文件名称的 “.o” 文件

$gcc -c hello.s -o hello.o

以上三步也可以直接一句命令

$gcc -c hello.c

若要查看 “.o” 文件，用以下命令：(因为Linux下，二进制文件默认使用 ELF 格式存储，无法用文本编辑其直接查看其内容)

$readelf -a hello.o

链接

$gcc hello.o -o hello

输入命令 ./hello 执行文件

如果不指定输出文件名，默认为 “a.out”

以上四步也可以直接一句命令

$gcc hello.c -o hello

其他参数

-O和-O2: “-O” 选项是让gcc对源代码进行基本优化; “-O2” 选项是让gcc产生尽可能小和尽可能快的代码，使用 “-O2” 选项将使编译的速度比使用 “-O” 时慢，但通常产生的代码执行速度会更快。此时，建议在使用了 “-O2” 选项后要验证程序的正确性

3. Makefile文件语法及示例

简而言之，就是完成一个大工程项目中的链接调用关系的批处理脚本文件

生成Makefile文件(不需要后缀名)：

$vi Makefile

Makefile文件的主体由一些列规则(rules)组成，每条规则的形式如下：

<target>:<prerequisites>
[Tab]<commands>
[Tab]<commands>
...

一条规则由一个目标(target)、若干个前置条件(prerequisites)和一系列命令(commands)组成，目标是必须的，其他均可选，命令所在的行必须由制表符(Tab键)开始

每条规则就明确两件事：构建目标的前置条件是什么以及如何构建

以 “hello.c” 来举例

hello : hello.o
        gcc hello.o -o hello
hello.o : hello.c
        gcc -c hello.c
clean :
        rm hello hello.o

用 make hello 进行make

用 make clean 删除编译产生的中间文件

如果直接 make ，则只会执行第一个目标，即 make hello

4. 调试及gdb的使用

gdb是一个由GNU开源组织发布的、Unix/Linux下的、基于命令行的程序调试工具（不怎么会用，慢慢用吧）

1) 启动gdb

对C/C++程序的调试，只要在编译源文件时加上 “-g” 选项

$gcc -g hello.c -o hello

运行以下命令调试可执行文件

$gdb <program>
其中<program>是需要调试的可执行文件名，如
$gdb hello

如果在程序正常编译执行后发现错误，系统会转存(dump)相关数据到一个core文件中，此时，可以通过以下命令调试core文件

$gdb <program><core dump file>
假如hello程序的dump文件是core.11127，则
$gdb hello core/11127

如果程序是一个服务程序，那么可以通过这个服务程序运行时的PID对服务程序进行调试，如

$gdb <program><PID>
如：
$gdb hello 11127

此时，gdb会自动attach上11127的服务程序并对其进行调试

2) gdb交互命令

启动gdb后，进入到交互模式，通过以下命令完成对程序的调试

1. 运行

2. 设置断点

3. 查看源代码

4. 打印表达式

5. 分割窗口

交互模式下直接回车的作用是重复上一指令，对于单步调试非常方便