Linux基础——gdb调试和makefile文件

本文内容大部分出自对传智播客linux课程内容的总结和课堂笔记。

若有常见命令的详细介绍或linux系统的扩展学习的需要，可以点击此处下载PDF书籍（鸟哥私房菜-基础篇、Linux命令速查手册）。

本文原文可参考我在语雀平台的原版笔记点击此处阅读

1. gdb调试

1.1 使用场景

程序编译无误，但是有逻辑错误
使用文字终端（shell），实现一个单步调试的功能
生成可执行文件之前必须加参数 -g
- gcc hello.c -o hello -g

1.2 启动调试

gdb + 可执行文件 （如：gdb hello）

1.3 查看代码

l – list
l : 默认打开main函数所在文件，显示前10行
l n[或函数名] : 显示当前文件的第n行 [ 或某个函数 ]
- 如果未打开其他文件，则默认当前文件为main函数所在文件
l filename:n[或函数名] : 显示文件filename的第n行 [ 或某个函数 ]
- 按Enter(默认执行上次操作)可以一直显示下去直到文件末尾

1.4 设置断点

b – break
设置当前文件断点：
- b 行号 [ 或函数名 ]
设置指定文件断点：
- b fileName:行号 [ 或函数名 ]
设置条件断点：
- b 10 if value==19
- 当value=19时，停止
查看断点号：
- info break [ i b ]
删除指定断点号对应的断点：
- d（delete/del）+ 断点号
设置断点是否有效
- disable/enable + 断点号

1.5 开始执行gdb调试

r（run） --> 运行程序
start --> 单步执行，运行程序，停在第一行执行语句
n（next） --> 下一行（不会进入到函数体内部）
s（step） --> 下一步（会进入到函数体内部）
c（continue） --> 直接停在断点的位置
finish --> 结束当前函数，返回到函数调用点
- 注意：必须当前函数的循环中没有断点了，否则会失败

1.6 查看（打印）变量的值

p(print) + 变量名

1.7 查看变量的类型

ptyte + 变量名

1.8 设置变量的值

set var 变量名 = 赋值
作用：比如可以通过给循环控制变量i设置某个值，即可查看循环在i为某个值的执行状态

1.9 设置跟踪变量

追踪变量：display + 变量名
- 之后每执行一步，该变量值都会被打印出来
取消跟踪：undisplay + 变量名编号

1.10 退出gdb调试

q（quit）

2. makefile的编写

本部分内容只是最基础的makefile的知识，如果有扩展学习的需要，可以参考徐海兵老师翻译整理的GNU make中文手册点此下载

2.1 文件的命名规则

Makefile
makefile

2.2 用途

项目代码编译管理
节省编译项目的时间
一次编写终身受益

2.3 基本规则

三要素： 目标、依赖、命令
格式：
- 目标 --> 要生成的目标文件
- 依赖 --> 生成目标文件需要的一些文件
- 命令 --> 借助依赖文件生成目标文件的手段
- tab --> 缩进，有且只有一个
其他语法：
- #是注释
- .PHONY定义伪目标
  - 例子：
- 执行伪目标：make clear 或 make clearall
Makefile会把规则中的第一个目标作为终极目标
- app:all --> all指定生成的最终目标为app

2.4 工作原理

若想生成目标，检查规则中的依赖条件是否存在，如果不存在，寻找是否有规则用来生成该依赖文件
检查规则中的目标是否需要更新，必须检查它的所有依赖，依赖中有任意一个被更新，则目标必须更新
- 依赖文件比目标文件时间晚，则需要更新
生成终极目标的过程：
更新目标的工作原理：
- 检查目标和依赖的修改时间，若依赖比目标新，则执行命令更新目标文件

2.5 执行

make --> 通过makefile生成终极目标
- 直接 make，使用makefile文件
make -f mm
- 指定一个名字不为makefile的文件
make clean --> 清除编译生成的中间.o文件和最终目标文件
- 不生成终极目标，而执行makefile中的目标对应命令
- 如果当前目录下有同名clean文件，则不执行clean对应的命令
- 因为在执行make clean时，并不真正生成clean文件，由更新目标的工作原理可知，假如已经存在最新的目标文件，则不执行其命令，因此一旦目录下有同名的clean文件，那么在执行make clean时便会认为已经存在最新的目标文件，而不执行相应命令。
- 上述问题解决方案 --> 伪目标声明：.PHONY:clean
- 特殊符号
  - - 命令 ：表示此条命令出错，make也会继续执行后续的命令。
  - e.g. -rm a.o b.o 如果删除失败，则继续向下执行其他命令

2.6 普通变量

普通变量
- 定义变量：变量 = 是替换变量 += 是追加变量 := 是恒等于
- 使用变量：$( 变量名 ) 取变量值
- 变量定义及赋值：obj = a.o b.o c.o obj += d.o CC := gcc
- 变量取值：foo = $(obj) 即foo=a.o b.o c.o d.o
由 Makefile 维护的一些变量
- 通常格式都是大写
  - CC：默认值 cc
- 有些有默认值，有些没有
  - CPPFLAGS : 预处理器需要的选项如：-I
    - 例如：CPPFLAGS=-I/home/jiang/test/include/
  - LDFLAGS : 链接库使用的选项 –L -l
    - 例如：LDFLAGS=-L./lib -lmytest
  - CFLAGS : 编译的时候使用的参数 –Wall –g -c
- 用户可以修改这些变量的默认值
  - CC = gcc

2.7 自动变量

变量(通配符)
- e.g. main.o:main.c add.c sub.c mul.c dev.c
- [email protected] --> 规则中的目标 main.o
- $< --> 规则中的第一个依赖条件 main.c
- $^ --> 规则中的所有依赖条件 main.c add.c sub.c mul.c dev.c
- 都是在规则中的命令中使用
模式规则(隐含规则)
- 在规则的目标定义中使用 %
- 在规则的依赖条件中使用 %
- %.c %.o 任意的.c 或者 .o
- 可以理解为照葫芦画瓢，需要什么，只要格式能对上，%就变成什么
- 比如终极目标依赖./obj/add.o，那么他就会向下查找，找到%.o:%.c后，则%=./obj/add，这条规则就变成了./obj/add.o:``./obj/add.c
- 再比如：有一条规则./obj/%.o:./src/%.c，则目标依赖./obj/add.o向下查找依赖时，这条规则就变成了./obj/add.o:./src/add.c，具体应用可参看2.9.3例【3】。

有关*和%的疑惑可以参考：makefile的语法及写法（补充：%和*的区别）

示例：
- %.o:%.c
- $(CC) –c $< -o [email protected]
  - $< --> 表示依次取出依赖条件
  - [email protected] --> 表示依次取出目标值
  - % 表示一个或者多个，任意长度的

2.8 三个函数

makefile中所有的函数必须都有返回值
wildcard + 目录/*.后缀
- 查找指定目录下指定类型的文件，一个参数
- src=$(wildcard ./src/*.c)
  - 找到./src 目录下所有后缀为.c的文件，赋给变量src
patsubst 格式1, 格式2, 字符串
- 匹配替换，将字符串中符合格式1的部分用格式2替换
- obj = $(patsubst %.c ,%.o ,$(src))
  - 从src中找到所有.c 结尾的文件，并将其替换为.o
- obj = $(patsubst ./src/%.c, ./obj/%.o, $(src))
  - 指定.o 文件存放的路径 ./obj/%.o
dir=$(notdir $(src))
- 去掉src中的路径
例子：假设./src中有main.c add.c sub.c mul.c dev.c等
- src=$(wildcard ./src/*.c) —> src=./src/main.c ./src/add.c ./src/sub.c …
- dir=$(notdir $(src)) —> dir=main.c add.c sub.c …
- obj = $(patsubst ./src/%.c, ./obj/%.o ,$(src)) —> obj=./obj/main.o ./obj/add.o ./obj/sub.o …

2.9 例子

2.9.1 例【1】

Linux基础——gdb调试和makefile文件

像如下图中写的makefile【第一版本】并不好，每次只要有一个.c文件被修改时，都会把所有的.c文件重新编译，会浪费额外的时间，假如项目很大，则效率很低。
可以通过添加多条规则解决问题（如下图所示【第二版本】），其中第一条规则中的目标为终极目标，而其他规则中的目标为子目标，子目标是为了生成第一条规则中的依赖条件而存在的。
执行make，当要生成第一条规则中的终极目标时，会查找其依赖是否存在；如果不存在，则去下面其他规则中的子目标中查找，看是否有相应子目标可以生成不存在的依赖，有则先执行子目标规则的命令；如果存在，则通过对比目标和所需依赖的修改时间，若所需依赖比目标新，则更新目标文件。

执行make结果如下：
当只修改add.c文件后，执行make结果如下：

利用变量、隐藏规则、通配符对【第二版本】makefile中冗余的部分改进，使其更精简，生成【第三版本】如下图
利用两个函数将【第三版本】中的obj的写法改进为【第四版本】如下图。如果一个项目很大，含有很多源文件，那么生成可执行文件时，中间就需要生成很多目标文件作为依赖，如果像之前版本中一一列出目标文件，e.g. obj=main.o a.o b.o c.o ....很麻烦，可以用查找和匹配替换命令轻松实现。