運行 gcc/egcs
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gcc/egcs 的主要選項
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gdb
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gdb 的常用命令
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gdb 使用範例
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其他程序/庫工具 (ar, objdump, nm, size, strings, strip, ...)
* 創建和使用靜態庫
* 創建和使用***享庫
* 使用高級***享庫特性
1.7.1 運行 gcc/egcs
Linux 中最重要的軟件開發工具是 GCC。GCC 是 GNU 的 C 和 C++ 編譯器。實際上，GCC 能夠編譯三種語言：C、C++ 和 Object C（C 語言的壹種面向對象擴展）。利用 gcc 命令可同時編譯並連接 C 和 C++ 源程序。
#DEMO#: hello.c
如果妳有兩個或少數幾個 C 源文件，也可以方便地利用 GCC 編譯、連接並生成可執行文件。例如，假設妳有兩個源文件 main.c 和 factorial.c 兩個源文件，現在要編譯生成壹個計算階乘的程序。
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清單 factorial.c
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int factorial (int n)
{
if (n <= 1)
return 1;
else
return factorial (n - 1) * n;
}
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清單 main.c
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int factorial (int n);
int main (int argc, char **argv)
{
int n;
if (argc < 2) {
printf ("Usage: %s n\n", argv [0]);
return -1;
}
else {
n = atoi (argv[1]);
printf ("Factorial of %d is %d.\n", n, factorial (n));
}
return 0;
}
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利用如下的命令可編譯生成可執行文件，並執行程序：
$ gcc -o factorial main.c factorial.c
$ ./factorial 5
Factorial of 5 is 120.
GCC 可同時用來編譯 C 程序和 C++ 程序。壹般來說，C 編譯器通過源文件的後綴名來判斷是 C 程序還是 C++ 程序。在 Linux 中，C 源文件的後綴名為 .c，而 C++ 源文件的後綴名為 .C 或 .cpp。
但是，gcc 命令只能編譯 C++ 源文件，而不能自動和 C++ 程序使用的庫連接。因此，通常使用 g++ 命令來完成 C++ 程序的編譯和連接，該程序會自動調用 gcc 實現編譯。假設我們有壹個如下的 C++ 源文件（hello.C）：
#include <iostream.h>
void main (void)
{
cout << "Hello, world!" << endl;
}
則可以如下調用 g++ 命令編譯、連接並生成可執行文件：
$ g++ -o hello hello.C
$ ./hello
Hello, world!
1.7.2 gcc/egcs 的主要選項
表 1-3 gcc 命令的常用選項
選項 解釋
-ansi 只支持 ANSI 標準的 C 語法。這壹選項將禁止 GNU C 的某些特色，
例如 asm 或 typeof 關鍵詞。
-c 只編譯並生成目標文件。
-DMACRO 以字符串“1”定義 MACRO 宏。
-DMACRO=DEFN 以字符串“DEFN”定義 MACRO 宏。
-E 只運行 C 預編譯器。
-g 生成調試信息。GNU 調試器可利用該信息。
-IDIRECTORY 指定額外的頭文件搜索路徑DIRECTORY。
-LDIRECTORY 指定額外的函數庫搜索路徑DIRECTORY。
-lLIBRARY 連接時搜索指定的函數庫LIBRARY。
-m486 針對 486 進行代碼優化。
-o FILE 生成指定的輸出文件。用在生成可執行文件時。
-O0 不進行優化處理。
-O 或 -O1 優化生成代碼。
-O2 進壹步優化。
-O3 比 -O2 更進壹步優化，包括 inline 函數。
-shared 生成***享目標文件。通常用在建立***享庫時。
-static 禁止使用***享連接。
-UMACRO 取消對 MACRO 宏的定義。
-w 不生成任何警告信息。
-Wall 生成所有警告信息。
#DEMO#
MiniGUI 的編譯選項
1.7.3 gdb
GNU 的調試器稱為 gdb，該程序是壹個交互式工具，工作在字符模式。在 X Window 系統中，
有壹個 gdb 的前端圖形工具，稱為 xxgdb。gdb 是功能強大的調試程序，可完成如下的調試
任務：
* 設置斷點；
* 監視程序變量的值；
* 程序的單步執行；
* 修改變量的值。
在可以使用 gdb 調試程序之前，必須使用 -g 選項編譯源文件。可在 makefile 中如下定義
CFLAGS 變量：
CFLAGS = -g
運行 gdb 調試程序時通常使用如下的命令：
gdb progname
在 gdb 提示符處鍵入help，將列出命令的分類，主要的分類有：
* aliases：命令別名
* breakpoints：斷點定義；
* data：數據查看；
* files：指定並查看文件；
* internals：維護命令；
* running：程序執行；
* stack：調用棧查看；
* statu：狀態查看；
* tracepoints：跟蹤程序執行。
鍵入 help 後跟命令的分類名，可獲得該類命令的詳細清單。
#DENO#
1.7.4 gdb 的常用命令
表 1-4 常用的 gdb 命令
命令 解釋
break NUM 在指定的行上設置斷點。
bt 顯示所有的調用棧幀。該命令可用來顯示函數的調用順序。
clear 刪除設置在特定源文件、特定行上的斷點。其用法為：clear FILENAME:NUM。
continue 繼續執行正在調試的程序。該命令用在程序由於處理信號或斷點而
導致停止運行時。
display EXPR 每次程序停止後顯示表達式的值。表達式由程序定義的變量組成。
file FILE 裝載指定的可執行文件進行調試。
help NAME 顯示指定命令的幫助信息。
info break 顯示當前斷點清單，包括到達斷點處的次數等。
info files 顯示被調試文件的詳細信息。
info func 顯示所有的函數名稱。
info local 顯示當函數中的局部變量信息。
info prog 顯示被調試程序的執行狀態。
info var 顯示所有的全局和靜態變量名稱。
kill 終止正被調試的程序。
list 顯示源代碼段。
make 在不退出 gdb 的情況下運行 make 工具。
next 在不單步執行進入其他函數的情況下，向前執行壹行源代碼。
print EXPR 顯示表達式 EXPR 的值。
1.7.5 gdb 使用範例
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清單 壹個有錯誤的 C 源程序 bugging.c
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
static char buff [256];
static char* string;
int main ()
{
printf ("Please input a string: ");
gets (string);
printf ("\nYour string is: %s\n", string);
}
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上面這個程序非常簡單，其目的是接受用戶的輸入，然後將用戶的輸入打印出來。該程序使用了
壹個未經過初始化的字符串地址 string，因此，編譯並運行之後，將出現 Segment Fault 錯誤：
$ gcc -o test -g test.c
$ ./test
Please input a string: asfd
Segmentation fault (core dumped)
為了查找該程序中出現的問題，我們利用 gdb，並按如下的步驟進行：
1．運行 gdb bugging 命令，裝入 bugging 可執行文件；
2．執行裝入的 bugging 命令；
3．使用 where 命令查看程序出錯的地方；
4．利用 list 命令查看調用 gets 函數附近的代碼；
5．唯壹能夠導致 gets 函數出錯的因素就是變量 string。用 print 命令查看 string 的值；
6．在 gdb 中，我們可以直接修改變量的值，只要將 string 取壹個合法的指針值就可以了，為
此，我們在第 11 行處設置斷點；
7．程序重新運行到第 11 行處停止，這時，我們可以用 set variable 命令修改 string 的取值；
8．然後繼續運行，將看到正確的程序運行結果。
#DEMO#
1.7.6 其他程序/庫工具
strip：
nm：
size：
string：
1.7.7 創建和使用靜態庫
創建壹個靜態庫是相當簡單的。通常使用 ar 程序把壹些目標文件（.o）組合在壹起，成為壹個單獨的庫，然後運行 ranlib，以給庫加入壹些索引信息。
1.7.8 創建和使用***享庫
特殊的編譯和連接選項
-D_REENTRANT 使得預處理器符號 _REENTRANT 被定義，這個符號激活壹些宏特性。
-fPIC 選項產生位置獨立的代碼。由於庫是在運行的時候被調入，因此這個
選項是必需的，因為在編譯的時候，裝入內存的地址還不知道。如果
不使用這個選項，庫文件可能不會正確運行。
-shared 選項告訴編譯器產生***享庫代碼。
-Wl,-soname -Wl 告訴編譯器將後面的參數傳遞到連接器。而 -soname 指定了
***享庫的 soname。
＃ 可以把庫文件拷貝到 /etc/ld.so.conf 中列舉出的任何目錄中，並以
root 身份運行 ldconfig；或者
＃ 運行 export LD_LIBRARY_PATH='pwd'，它把當前路徑加到庫搜索路徑中去。
1.7.9 使用高級***享庫特性
1. ldd 工具
ldd 用來顯示執行文件需要哪些***享庫, ***享庫裝載管理器在哪裏找到了需要的***享庫.
2. soname
***享庫的壹個非常重要的，也是非常難的概念是 soname——簡寫***享目標名（short for shared object name）。這是壹個為***享庫（.so）文件而內嵌在控制數據中的名字。如前面提到的，每壹個程序都有壹個需要使用的庫的清單。這個清單的內容是壹系列庫的 soname，如同 ldd 顯示的那樣，***享庫裝載器必須找到這個清單。
soname 的關鍵功能是它提供了兼容性的標準。當要升級系統中的壹個庫時，並且新庫的 soname 和老的庫的 soname 壹樣，用舊庫連接生成的程序，使用新的庫依然能正常運行。這個特性使得在 Linux 下，升級使用***享庫的程序和定位錯誤變得十分容易。
在 Linux 中，應用程序通過使用 soname，來指定所希望庫的版本。庫作者也可以通過保留或者改變 soname 來聲明，哪些版本是相互兼容的，這使得程序員擺脫了***享庫版本沖突問題的困擾。
查看/usr/local/lib 目錄，分析 MiniGUI 的***享庫文件之間的關系
3. ***享庫裝載器
當程序被調用的時候，Linux ***享庫裝載器（也被稱為動態連接器）也自動被調用。它的作用是保證程序所需要的所有適當版本的庫都被調入內存。***享庫裝載器名字是 ld.so 或者是 ld-linux.so，這取決於 Linux libc 的版本，它必須使用壹點外部交互，才能完成自己的工作。然而它接受在環境變量和配置文件中的配置信息。
文件 /etc/ld.so.conf 定義了標準系統庫的路徑。***享庫裝載器把它作為搜索路徑。為了改變這個設置，必須以 root 身份運行 ldconfig 工具。這將更新 /etc/ls.so.cache 文件，這個文件其實是裝載器內部使用的文件之壹。
可以使用許多環境變量控制***享庫裝載器的操作（表1-4+）。
表 1-4+ ***享庫裝載器環境變量
變量 含義
LD_AOUT_LIBRARY_PATH 除了不使用 a.out 二進制格式外，與 LD_LIBRARY_PATH 相同。
LD_AOUT_PRELOAD 除了不使用 a.out 二進制格式外，與 LD_PRELOAD 相同。
LD_KEEPDIR 只適用於 a.out 庫；忽略由它們指定的目錄。
LD_LIBRARY_PATH 將其他目錄加入庫搜索路徑。它的內容應該是由冒號
分隔的目錄列表，與可執行文件的 PATH 變量具有相同的格式。
如果調用設置用戶 ID 或者進程 ID 的程序，該變量被忽略。
LD_NOWARN 只適用於 a.out 庫；當改變版本號是，發出警告信息。
LD_PRELOAD 首先裝入用戶定義的庫，使得它們有機會覆蓋或者重新定義標準庫。
使用空格分開多個入口。對於設置用戶 ID 或者進程 ID 的程序，
只有被標記過的庫才被首先裝入。在 /etc/ld.so.perload 中指定
了全局版本號，該文件不遵守這個限制。
4. 使用 dlopen
另外壹個強大的庫函數是 dlopen()。該函數將打開壹個新庫，並把它裝入內存。該函數主要用來加載庫中的符號，這些符號在編譯的時候是不知道的。比如 Apache Web 服務器利用這個函數在運行過程中加載模塊，這為它提供了額外的能力。壹個配置文件控制了加載模塊的過程。這種機制使得在系統中添加或者刪除壹個模塊時，都不需要重新編譯了。
可以在自己的程序中使用 dlopen()。dlopen() 在 dlfcn.h 中定義，並在 dl 庫中實現。它需要兩個參數：壹個文件名和壹個標誌。文件名可以是我們學習過的庫中的 soname。標誌指明是否立刻計算庫的依賴性。如果設置為 RTLD_NOW 的話，則立刻計算；如果設置的是 RTLD_LAZY，則在需要的時候才計算。另外，可以指定 RTLD_GLOBAL，它使得那些在以後才加載的庫可以獲得其中的符號。
當庫被裝入後，可以把 dlopen() 返回的句柄作為給 dlsym() 的第壹個參數，以獲得符號在庫中的地址。使用這個地址，就可以獲得庫中特定函數的指針，並且調用裝載庫中的相應函數。