在為L(zhǎng)inux開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，絕大多數(shù)情況下使用的都是C語(yǔ)言，因此幾乎每一位Linux程序員面臨的首要問(wèn)題都是如何靈活運(yùn)用C編譯器。目前 Linux下最常用的C語(yǔ)言編譯器是GCC（GNU Compiler Collection），它是GNU項(xiàng)目中符合ANSI C標(biāo)準(zhǔn)的編譯系統(tǒng)，能夠編譯用C、C++和Object C等語(yǔ)言編寫(xiě)的程序。GCC不僅功能非常強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)也異常靈活。最值得稱(chēng)道的一點(diǎn)就是它可以通過(guò)不同的前端模塊來(lái)支持各種語(yǔ)言，如Java、 Fortran、Pascal、Modula-3和Ada等。

開(kāi)放、自由和靈活是Linux的魅力所在，而這一點(diǎn)在GCC上的體現(xiàn)就是程序員通過(guò)它能夠更好地控制整個(gè)編譯過(guò)程。在使用GCC編譯程序時(shí)，編譯過(guò)程可以被細(xì)分為四個(gè)階段：

◆ 預(yù)處理（Pre-Processing）

◆ 編譯（Compiling）

◆ 匯編（Assembling）

◆ 鏈接（Linking）

Linux 程序員可以根據(jù)自己的需要讓GCC在編譯的任何階段結(jié)束，以便檢查或使用編譯器在該階段的輸出信息，或者對(duì)最后生成的二進(jìn)制文件進(jìn)行控制，以便通過(guò)加入不同數(shù)量和種類(lèi)的調(diào)試代碼來(lái)為今后的調(diào)試做好準(zhǔn)備。和其它常用的編譯器一樣，GCC也提供了靈活而強(qiáng)大的代碼優(yōu)化功能，利用它可以生成執(zhí)行效率更高的代碼。

GCC提供了30多條警告信息和三個(gè)警告級(jí)別，使用它們有助于增強(qiáng)程序的穩(wěn)定性和可移植性。此外，GCC還對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的C和C++語(yǔ)言進(jìn)行了大量的擴(kuò)展，提高程序的執(zhí)行效率，有助于編譯器進(jìn)行代碼優(yōu)化，能夠減輕編程的工作量。

GCC起步

在學(xué)習(xí)使用GCC之前，下面的這個(gè)例子能夠幫助用戶(hù)迅速理解GCC的工作原理，并將其立即運(yùn)用到實(shí)際的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中去。首先用熟悉的編輯器輸入清單1所示的代碼：

清單1：hello.c

#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf ("Hello world, Linux programming!n");
return 0;
}

然后執(zhí)行下面的命令編譯和運(yùn)行這段程序：

# gcc hello.c -o hello
# ./hello
Hello world, Linux programming!

從程序員的角度看，只需簡(jiǎn)單地執(zhí)行一條GCC命令就可以了，但從編譯器的角度來(lái)看，卻需要完成一系列非常繁雜的工作。首先，GCC需要調(diào)用預(yù)處理程序 cpp，由它負(fù)責(zé)展開(kāi)在源文件中定義的宏，并向其中插入“#include”語(yǔ)句所包含的內(nèi)容；接著，GCC會(huì)調(diào)用ccl和as將處理后的源代碼編譯成目標(biāo)代碼；最后，GCC會(huì)調(diào)用鏈接程序ld，把生成的目標(biāo)代碼鏈接成一個(gè)可執(zhí)行程序。

為了更好地理解GCC的工作過(guò)程，可以把上述編譯過(guò)程分成幾個(gè)步驟單獨(dú)進(jìn)行，并觀察每步的運(yùn)行結(jié)果。第一步是進(jìn)行預(yù)編譯，使用-E參數(shù)可以讓GCC在預(yù)處理結(jié)束后停止編譯過(guò)程：

#  gcc -E hello.c -o hello.i

此時(shí)若查看hello.cpp文件中的內(nèi)容，會(huì)發(fā)現(xiàn)stdio.h的內(nèi)容確實(shí)都插到文件里去了，而其它應(yīng)當(dāng)被預(yù)處理的宏定義也都做了相應(yīng)的處理。下一步是將hello.i編譯為目標(biāo)代碼，這可以通過(guò)使用-c參數(shù)來(lái)完成：

#  gcc -c hello.i -o hello.o

GCC默認(rèn)將.i文件看成是預(yù)處理后的C語(yǔ)言源代碼，因此上述命令將自動(dòng)跳過(guò)預(yù)處理步驟而開(kāi)始執(zhí)行編譯過(guò)程，也可以使用-x參數(shù)讓GCC從指定的步驟開(kāi)始編譯。最后一步是將生成的目標(biāo)文件鏈接成可執(zhí)行文件：

#  gcc hello.o -o hello

在采用模塊化的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)時(shí)，通常整個(gè)程序是由多個(gè)源文件組成的，相應(yīng)地也就形成了多個(gè)編譯單元，使用GCC能夠很好地管理這些編譯單元。假設(shè)有一個(gè)由foo1.c和foo2.c兩個(gè)源文件組成的程序，為了對(duì)它們進(jìn)行編譯，并最終生成可執(zhí)行程序foo，可以使用下面這條命令：

#  gcc foo1.c foo2.c -o foo

如果同時(shí)處理的文件不止一個(gè)，GCC仍然會(huì)按照預(yù)處理、編譯和鏈接的過(guò)程依次進(jìn)行。如果深究起來(lái)，上面這條命令大致相當(dāng)于依次執(zhí)行如下三條命令：

# gcc -c foo1.c -o foo1.o
# gcc -c foo2.c -o foo2.o
# gcc foo1.o foo2.o -o foo

在編譯一個(gè)包含許多源文件的工程時(shí)，若只用一條GCC命令來(lái)完成編譯是非常浪費(fèi)時(shí)間的。假設(shè)項(xiàng)目中有100個(gè)源文件需要編譯，并且每個(gè)源文件中都包含 10000行代碼，如果像上面那樣僅用一條GCC命令來(lái)完成編譯工作，那么GCC需要將每個(gè)源文件都重新編譯一遍，然后再全部連接起來(lái)。很顯然，這樣浪費(fèi)的時(shí)間相當(dāng)多，尤其是當(dāng)用戶(hù)只是修改了其中某一個(gè)文件的時(shí)候，完全沒(méi)有必要將每個(gè)文件都重新編譯一遍，因?yàn)楹芏嘁呀?jīng)生成的目標(biāo)文件是不會(huì)改變的。要解決這個(gè)問(wèn)題，關(guān)鍵是要靈活運(yùn)用GCC，同時(shí)還要借助像Make這樣的工具。

警告提示功能

GCC包含完整的出錯(cuò)檢查和警告提示功能，它們可以幫助Linux程序員寫(xiě)出更加專(zhuān)業(yè)和優(yōu)美的代碼。先來(lái)讀讀清單2所示的程序，這段代碼寫(xiě)得很糟糕，仔細(xì)檢查一下不難挑出很多毛病：

◆main函數(shù)的返回值被聲明為void，但實(shí)際上應(yīng)該是int；

◆使用了GNU語(yǔ)法擴(kuò)展，即使用long long來(lái)聲明64位整數(shù)，不符合ANSI/ISO C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)；

◆main函數(shù)在終止前沒(méi)有調(diào)用return語(yǔ)句。

清單2：illcode.c

#include <stdio.h>
void main(void)
{
  long long int var = 1;
  printf("It is not standard C code!n");
}

下面來(lái)看看GCC是如何幫助程序員來(lái)發(fā)現(xiàn)這些錯(cuò)誤的。當(dāng)GCC在編譯不符合ANSI/ISO C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)的源代碼時(shí)，如果加上了-pedantic選項(xiàng)，那么使用了擴(kuò)展語(yǔ)法的地方將產(chǎn)生相應(yīng)的警告信息：

# gcc -pedantic illcode.c -o illcode
illcode.c: In function `main':
illcode.c:9: ISO C89 does not support `long long'
illcode.c:8: return type of `main' is not `int'

需要注意的是，-pedantic編譯選項(xiàng)并不能保證被編譯程序與ANSI/ISO C標(biāo)準(zhǔn)的完全兼容，它僅僅只能用來(lái)幫助Linux程序員離這個(gè)目標(biāo)越來(lái)越近。或者換句話(huà)說(shuō)，-pedantic選項(xiàng)能夠幫助程序員發(fā)現(xiàn)一些不符合 ANSI/ISO C標(biāo)準(zhǔn)的代碼，但不是全部，事實(shí)上只有ANSI/ISO C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)中要求進(jìn)行編譯器診斷的那些情況，才有可能被GCC發(fā)現(xiàn)并提出警告。

除了-pedantic之外，GCC還有一些其它編譯選項(xiàng)也能夠產(chǎn)生有用的警告信息。這些選項(xiàng)大多以-W開(kāi)頭，其中最有價(jià)值的當(dāng)數(shù)-Wall了，使用它能夠使GCC產(chǎn)生盡可能多的警告信息：

# gcc -Wall illcode.c -o illcode
illcode.c:8: warning: return type of `main' is not `int'
illcode.c: In function `main':
illcode.c:9: warning: unused variable `var'

GCC給出的警告信息雖然從嚴(yán)格意義上說(shuō)不能算作是錯(cuò)誤，但卻很可能成為錯(cuò)誤的棲身之所。一個(gè)優(yōu)秀的Linux程序員應(yīng)該盡量避免產(chǎn)生警告信息，使自己的代碼始終保持簡(jiǎn)潔、優(yōu)美和健壯的特性。

在處理警告方面，另一個(gè)常用的編譯選項(xiàng)是-Werror，它要求GCC將所有的警告當(dāng)成錯(cuò)誤進(jìn)行處理，這在使用自動(dòng)編譯工具（如Make等）時(shí)非常有用。如果編譯時(shí)帶上-Werror選項(xiàng)，那么GCC會(huì)在所有產(chǎn)生警告的地方停止編譯，迫使程序員對(duì)自己的代碼進(jìn)行修改。只有當(dāng)相應(yīng)的警告信息消除時(shí)，才可能將編譯過(guò)程繼續(xù)朝前推進(jìn)。執(zhí)行情況如下：

# gcc -Wall -Werror illcode.c -o illcode
cc1: warnings being treated as errors
illcode.c:8: warning: return type of `main' is not `int'
illcode.c: In function `main':
illcode.c:9: warning: unused variable `var'

對(duì)Linux程序員來(lái)講，GCC給出的警告信息是很有價(jià)值的，它們不僅可以幫助程序員寫(xiě)出更加健壯的程序，而且還是跟蹤和調(diào)試程序的有力工具。建議在用GCC編譯源代碼時(shí)始終帶上-Wall選項(xiàng)，并把它逐漸培養(yǎng)成為一種習(xí)慣，這對(duì)找出常見(jiàn)的隱式編程錯(cuò)誤很有幫助。

在Linux 下開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，完全不使用第三方函數(shù)庫(kù)的情況是比較少見(jiàn)的，通常來(lái)講都需要借助一個(gè)或多個(gè)函數(shù)庫(kù)的支持才能夠完成相應(yīng)的功能。從程序員的角度看，函數(shù)庫(kù)實(shí)際上就是一些頭文件（.h）和庫(kù)文件（.so或者.a）的集合。雖然Linux下的大多數(shù)函數(shù)都默認(rèn)將頭文件放到/usr/include/目錄下，而庫(kù)文件則放到/usr/lib/目錄下，但并不是所有的情況都是這樣。正因如此，GCC在編譯時(shí)必須有自己的辦法來(lái)查找所需要的頭文件和庫(kù)文件。

GCC采用搜索目錄的辦法來(lái)查找所需要的文件，-I選項(xiàng)可以向GCC的頭文件搜索路徑中添加新的目錄。例如，如果在/home/xiaowp/include/目錄下有編譯時(shí)所需要的頭文件，為了讓GCC能夠順利地找到它們，就可以使用-I選項(xiàng)：

# gcc foo.c -I /home/xiaowp/include -o foo

同樣，如果使用了不在標(biāo)準(zhǔn)位置的庫(kù)文件，那么可以通過(guò)-L選項(xiàng)向GCC的庫(kù)文件搜索路徑中添加新的目錄。例如，如果在/home/xiaowp/lib/目錄下有鏈接時(shí)所需要的庫(kù)文件libfoo.so，為了讓GCC能夠順利地找到它，可以使用下面的命令：

# gcc foo.c -L /home/xiaowp/lib -lfoo -o foo

值得好好解釋一下的是-l選項(xiàng)，它指示GCC去連接庫(kù)文件libfoo.so。Linux下的庫(kù)文件在命名時(shí)有一個(gè)約定，那就是應(yīng)該以lib三個(gè)字母開(kāi)頭，由于所有的庫(kù)文件都遵循了同樣的規(guī)范，因此在用-l選項(xiàng)指定鏈接的庫(kù)文件名時(shí)可以省去lib三個(gè)字母，也就是說(shuō)GCC在對(duì)-lfoo進(jìn)行處理時(shí)，會(huì)自動(dòng)去鏈接名為libfoo.so的文件。

Linux下的庫(kù)文件分為兩大類(lèi)分別是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（通常以.so結(jié)尾）和靜態(tài)鏈接庫(kù)（通常以.a 結(jié)尾），兩者的差別僅在程序執(zhí)行時(shí)所需的代碼是在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)加載的，還是在編譯時(shí)靜態(tài)加載的。默認(rèn)情況下，GCC在鏈接時(shí)優(yōu)先使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，只有當(dāng)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)不存在時(shí)才考慮使用靜態(tài)鏈接庫(kù)，如果需要的話(huà)可以在編譯時(shí)加上-static選項(xiàng)，強(qiáng)制使用靜態(tài)鏈接庫(kù)。例如，如果在 /home/xiaowp/lib/目錄下有鏈接時(shí)所需要的庫(kù)文件libfoo.so和libfoo.a，為了讓GCC在鏈接時(shí)只用到靜態(tài)鏈接庫(kù)，可以使用下面的命令：

# gcc foo.c -L /home/xiaowp/lib -static -lfoo -o foo
代碼優(yōu)化

代碼優(yōu)化指的是編譯器通過(guò)分析源代碼，找出其中尚未達(dá)到最優(yōu)的部分，然后對(duì)其重新進(jìn)行組合，目的是改善程序的執(zhí)行性能。GCC提供的代碼優(yōu)化功能非常強(qiáng)大，它通過(guò)編譯選項(xiàng)-On來(lái)控制優(yōu)化代碼的生成，其中n是一個(gè)代表優(yōu)化級(jí)別的整數(shù)。對(duì)于不同版本的GCC來(lái)講，n的取值范圍及其對(duì)應(yīng)的優(yōu)化效果可能并不完全相同，比較典型的范圍是從0變化到2或3。

編譯時(shí)使用選項(xiàng)-O可以告訴GCC同時(shí)減小代碼的長(zhǎng)度和執(zhí)行時(shí)間，其效果等價(jià)于-O1。在這一級(jí)別上能夠進(jìn)行的優(yōu)化類(lèi)型雖然取決于目標(biāo)處理器，但一般都會(huì)包括線程跳轉(zhuǎn)（Thread Jump）和延遲退棧（Deferred Stack Pops）兩種優(yōu)化。選項(xiàng)-O2告訴GCC除了完成所有-O1級(jí)別的優(yōu)化之外，同時(shí)還要進(jìn)行一些額外的調(diào)整工作，如處理器指令調(diào)度等。選項(xiàng)-O3則除了完成所有-O2級(jí)別的優(yōu)化之外，還包括循環(huán)展開(kāi)和其它一些與處理器特性相關(guān)的優(yōu)化工作。通常來(lái)說(shuō)，數(shù)字越大優(yōu)化的等級(jí)越高，同時(shí)也就意味著程序的運(yùn)行速度越快。許多Linux程序員都喜歡使用-O2選項(xiàng)，因?yàn)樗趦?yōu)化長(zhǎng)度、編譯時(shí)間和代碼大小之間，取得了一個(gè)比較理想的平衡點(diǎn)。

下面通過(guò)具體實(shí)例來(lái)感受一下GCC的代碼優(yōu)化功能，所用程序如清單3所示。

清單3：optimize.c

#include <stdio.h>

int main(void)

{ 

 double counter;  

double result;  

double temp;  

for (counter = 0;    counter < 2000.0 * 2000.0 * 2000.0  / 20.0 + 2020;    counter += (5 - 1) / 4)

{    temp = counter / 1979;    result  = counter;      } 

 printf("Result is %lfn", result); 

 return 0;

}

首先不加任何優(yōu)化選項(xiàng)進(jìn)行編譯：

# gcc -Wall optimize.c -o optimize

借助Linux提供的time命令，可以大致統(tǒng)計(jì)出該程序在運(yùn)行時(shí)所需要的時(shí)間：

# time ./optimizeResult is 400002019.000000real    0m14.942suser    0m14.940ssys     0m0.000s

接下去使用優(yōu)化選項(xiàng)來(lái)對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化處理：

# gcc -Wall -O optimize.c -o optimize

在同樣的條件下再次測(cè)試一下運(yùn)行時(shí)間：

# time ./optimizeResult is 400002019.000000real    0m3.256suser    0m3.240ssys     0m0.000s

對(duì)比兩次執(zhí)行的輸出結(jié)果不難看出，程序的性能的確得到了很大幅度的改善，由原來(lái)的14秒縮短到了3秒。這個(gè)例子是專(zhuān)門(mén)針對(duì)GCC的優(yōu)化功能而設(shè)計(jì)的，因此優(yōu)化前后程序的執(zhí)行速度發(fā)生了很大的改變。盡管GCC的代碼優(yōu)化功能非常強(qiáng)大，但作為一名優(yōu)秀的Linux程序員，首先還是要力求能夠手工編寫(xiě)出高質(zhì)量的代碼。如果編寫(xiě)的代碼簡(jiǎn)短，并且邏輯性強(qiáng)，編譯器就不會(huì)做更多的工作，甚至根本用不著優(yōu)化。

 優(yōu)化雖然能夠給程序帶來(lái)更好的執(zhí)行性能，但在如下一些場(chǎng)合中應(yīng)該避免優(yōu)化代碼：

◆ 程序開(kāi)發(fā)的時(shí)候 優(yōu)化等級(jí)越高，消耗在編譯上的時(shí)間就越長(zhǎng)，因此在開(kāi)發(fā)的時(shí)候最好不要使用優(yōu)化選項(xiàng)，只有到軟件發(fā)行或開(kāi)發(fā)結(jié)束的時(shí)候，才考慮對(duì)最終生成的代碼進(jìn)行優(yōu)化。

◆ 資源受限的時(shí)候 一些優(yōu)化選項(xiàng)會(huì)增加可執(zhí)行代碼的體積，如果程序在運(yùn)行時(shí)能夠申請(qǐng)到的內(nèi)存資源非常緊張（如一些實(shí)時(shí)嵌入式設(shè)備），那就不要對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化，因?yàn)橛蛇@帶來(lái)的負(fù)面影響可能會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。

◆ 跟蹤調(diào)試的時(shí)候 在對(duì)代碼進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，某些代碼可能會(huì)被刪除或改寫(xiě)，或者為了取得更佳的性能而進(jìn)行重組，從而使跟蹤和調(diào)試變得異常困難。

調(diào)試

一個(gè)功能強(qiáng)大的調(diào)試器不僅為程序員提供了跟蹤程序執(zhí)行的手段，而且還可以幫助程序員找到解決問(wèn)題的方法。對(duì)于Linux程序員來(lái)講，GDB（GNU Debugger）通過(guò)與GCC的配合使用，為基于Linux的軟件開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)完善的調(diào)試環(huán)境。

默認(rèn)情況下，GCC在編譯時(shí)不會(huì)將調(diào)試符號(hào)插入到生成的二進(jìn)制代碼中，因?yàn)檫@樣會(huì)增加可執(zhí)行文件的大小。如果需要在編譯時(shí)生成調(diào)試符號(hào)信息，可以使用GCC 的-g或者-ggdb選項(xiàng)。GCC在產(chǎn)生調(diào)試符號(hào)時(shí)，同樣采用了分級(jí)的思路，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)在-g選項(xiàng)后附加數(shù)字1、2或3來(lái)指定在代碼中加入調(diào)試信息的多少。默認(rèn)的級(jí)別是2（-g2），此時(shí)產(chǎn)生的調(diào)試信息包括擴(kuò)展的符號(hào)表、行號(hào)、局部或外部變量信息。級(jí)別3（-g3）包含級(jí)別2中的所有調(diào)試信息，以及源代碼中定義的宏。級(jí)別1（-g1）不包含局部變量和與行號(hào)有關(guān)的調(diào)試信息，因此只能夠用于回溯跟蹤和堆棧轉(zhuǎn)儲(chǔ)之用。回溯跟蹤指的是監(jiān)視程序在運(yùn)行過(guò)程中的函數(shù)調(diào)用歷史，堆棧轉(zhuǎn)儲(chǔ)則是一種以原始的十六進(jìn)制格式保存程序執(zhí)行環(huán)境的方法，兩者都是經(jīng)常用到的調(diào)試手段。

GCC產(chǎn)生的調(diào)試符號(hào)具有普遍的適應(yīng)性，可以被許多調(diào)試器加以利用，但如果使用的是GDB，那么還可以通過(guò)-ggdb選項(xiàng)在生成的二進(jìn)制代碼中包含GDB專(zhuān)用的調(diào)試信息。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是可以方便GDB的調(diào)試工作，但缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致其它調(diào)試器（如DBX）無(wú)法進(jìn)行正常的調(diào)試。選項(xiàng)-ggdb能夠接受的調(diào)試級(jí)別和-g是完全一樣的，它們對(duì)輸出的調(diào)試符號(hào)有著相同的影響。

需要注意的是，使用任何一個(gè)調(diào)試選項(xiàng)都會(huì)使最終生成的二進(jìn)制文件的大小急劇增加，同時(shí)增加程序在執(zhí)行時(shí)的開(kāi)銷(xiāo)，因此調(diào)試選項(xiàng)通常僅在軟件的開(kāi)發(fā)和調(diào)試階段使用。調(diào)試選項(xiàng)對(duì)生成代碼大小的影響從下面的對(duì)比過(guò)程中可以看出來(lái)：

# gcc optimize.c -o optimize

# ls optimize -l-rwxrwxr-x  1 xiaowp   xiaowp  11649 Nov 20 08:53 optimize  (未加調(diào)試選項(xiàng))

# gcc -g optimize.c -o optimize

# ls optimize -l-rwxrwxr-x  1 xiaowp   xiaowp  15889 Nov 20 08:54 optimize  (加入調(diào)試選項(xiàng))

雖然調(diào)試選項(xiàng)會(huì)增加文件的大小，但事實(shí)上Linux中的許多軟件在測(cè)試版本甚至最終發(fā)行版本中仍然使用了調(diào)試選項(xiàng)來(lái)進(jìn)行編譯，這樣做的目的是鼓勵(lì)用戶(hù)在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)自己動(dòng)手解決，是Linux的一個(gè)顯著特色。

下面還是通過(guò)一個(gè)具體的實(shí)例說(shuō)明如何利用調(diào)試符號(hào)來(lái)分析錯(cuò)誤，所用程序見(jiàn)清單4所示。

清單4：crash.c

#include <stdio.h>

 int main(void)

{  

int input =0;  

printf("Input an integer:");  

scanf("%d", input);  

printf("The integer you input is %dn", input); 

 return 0;

}

編譯并運(yùn)行上述代碼，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)嚴(yán)重的段錯(cuò)誤（Segmentation fault）如下：

# gcc -g crash.c -o crash

# ./crashInput

an integer:10Segmentation fault

為了更快速地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤所在，可以使用GDB進(jìn)行跟蹤調(diào)試，方法如下：

# gdb crashGNU gdb Red Hat Linux (5.3post-0.20021129.18rh)……(gdb)

當(dāng)GDB提示符出現(xiàn)的時(shí)候，表明GDB已經(jīng)做好準(zhǔn)備進(jìn)行調(diào)試了，現(xiàn)在可以通過(guò)run命令讓程序開(kāi)始在GDB的監(jiān)控下運(yùn)行：

(gdb) runStarting program: /home/xiaowp/thesis/gcc/code/crashInput an integer:10Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.0x4008576b in _IO_vfscanf_internal () from /lib/libc.so.6

仔細(xì)分析一下GDB給出的輸出結(jié)果不難看出，程序是由于段錯(cuò)誤而導(dǎo)致異常中止的，說(shuō)明內(nèi)存操作出了問(wèn)題，具體發(fā)生問(wèn)題的地方是在調(diào)用 _IO_vfscanf_internal ( )的時(shí)候。為了得到更加有價(jià)值的信息，可以使用GDB提供的回溯跟蹤命令backtrace，執(zhí)行結(jié)果如下：

(gdb) backtrace

#0  0x4008576b in _IO_vfscanf_internal () from /lib/libc.so.6

#1  0xbffff0c0 in ?? ()

#2  0x4008e0ba in scanf () from /lib/libc.so.6

#3  0x08048393 in main () at crash.c:11

#4  0x40042917 in __libc_start_main () from /lib/libc.so.6

跳過(guò)輸出結(jié)果中的前面三行，從輸出結(jié)果的第四行中不難看出，GDB已經(jīng)將錯(cuò)誤定位到crash.c中的第11行了。現(xiàn)在仔細(xì)檢查一下：

(gdb) frame 3

#3  0x08048393 in main () at crash.c:1111       scanf("%d", input);

使用GDB提供的frame命令可以定位到發(fā)生錯(cuò)誤的代碼段，該命令后面跟著的數(shù)值可以在backtrace命令輸出結(jié)果中的行首找到。現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤所在了，應(yīng)該將

scanf("%d", input);改為scanf("%d", &input);

完成后就可以退出GDB了，命令如下：

(gdb) quit

GDB的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止如此，它還可以單步跟蹤程序、檢查內(nèi)存變量和設(shè)置斷點(diǎn)等。

調(diào)試時(shí)可能會(huì)需要用到編譯器產(chǎn)生的中間結(jié)果，這時(shí)可以使用-save-temps選項(xiàng)，讓GCC將預(yù)處理代碼、匯編代碼和目標(biāo)代碼都作為文件保存起來(lái)。如果想檢查生成的代碼是否能夠通過(guò)手工調(diào)整的辦法來(lái)提高執(zhí)行性能，在編譯過(guò)程中生成的中間文件將會(huì)很有幫助，具體情況如下：

# gcc -save-temps foo.c -o foo

# ls foo*foo  foo.c  foo.i  foo.s

GCC 支持的其它調(diào)試選項(xiàng)還包括-p和-pg，它們會(huì)將剖析（Profiling）信息加入到最終生成的二進(jìn)制代碼中。剖析信息對(duì)于找出程序的性能瓶頸很有幫助，是協(xié)助Linux程序員開(kāi)發(fā)出高性能程序的有力工具。在編譯時(shí)加入-p選項(xiàng)會(huì)在生成的代碼中加入通用剖析工具（Prof）能夠識(shí)別的統(tǒng)計(jì)信息，而- pg選項(xiàng)則生成只有GNU剖析工具（Gprof）才能識(shí)別的統(tǒng)計(jì)信息。

最后提醒一點(diǎn)，雖然GCC允許在優(yōu)化的同時(shí)加入調(diào)試符號(hào)信息，但優(yōu)化后的代碼對(duì)于調(diào)試本身而言將是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。代碼在經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后，在源程序中聲明和使用的變量很可能不再使用，控制流也可能會(huì)突然跳轉(zhuǎn)到意外的地方，循環(huán)語(yǔ)句有可能因?yàn)檠h(huán)展開(kāi)而變得到處都有，所有這些對(duì)調(diào)試來(lái)講都將是一場(chǎng)噩夢(mèng)。建議在調(diào)試的時(shí)候最好不使用任何優(yōu)化選項(xiàng)，只有當(dāng)程序在最終發(fā)行的時(shí)候才考慮對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。
上次的培訓(xùn)園地中介紹了GCC的編譯過(guò)程、警告提示功能、庫(kù)依賴(lài)、代碼優(yōu)化和程序調(diào)試六個(gè)方面的內(nèi)容。這期是最后的一部分內(nèi)容。
在將源代碼變成可執(zhí)行文件的過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)許多中間步驟，包含預(yù)處理、編譯、匯編和連接。這些過(guò)程實(shí)際上是由不同的程序負(fù)責(zé)完成的。大多數(shù)情況下GCC可以為L(zhǎng)inux程序員完成所有的后臺(tái)工作，自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)程序進(jìn)行處理。

這樣做有一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)，就是GCC在處理每一個(gè)源文件時(shí)，最終都需要生成好幾個(gè)臨時(shí)文件才能完成相應(yīng)的工作，從而無(wú)形中導(dǎo)致處理速度變慢。例如，GCC 在處理一個(gè)源文件時(shí)，可能需要一個(gè)臨時(shí)文件來(lái)保存預(yù)處理的輸出、一個(gè)臨時(shí)文件來(lái)保存編譯器的輸出、一個(gè)臨時(shí)文件來(lái)保存匯編器的輸出，而讀寫(xiě)這些臨時(shí)文件顯然需要耗費(fèi)一定的時(shí)間。當(dāng)軟件項(xiàng)目變得非常龐大的時(shí)候，花費(fèi)在這上面的代價(jià)可能會(huì)變得很沉重。

解決的辦法是，使用Linux提供的一種更加高效的通信方式—管道。它可以用來(lái)同時(shí)連接兩個(gè)程序，其中一個(gè)程序的輸出將被直接作為另一個(gè)程序的輸入，這樣就可以避免使用臨時(shí)文件，但編譯時(shí)卻需要消耗更多的內(nèi)存。

在編譯過(guò)程中使用管道是由GCC的-pipe選項(xiàng)決定的。下面的這條命令就是借助GCC的管道功能來(lái)提高編譯速度的：

# gcc -pipe foo.c -o foo

在編譯小型工程時(shí)使用管道，編譯時(shí)間上的差異可能還不是很明顯，但在源代碼非常多的大型工程中，差異將變得非常明顯。

文件擴(kuò)展名

在使用GCC的過(guò)程中，用戶(hù)對(duì)一些常用的擴(kuò)展名一定要熟悉，并知道其含義。為了方便大家學(xué)習(xí)使用GCC，在此將這些擴(kuò)展名羅列如下：

.c C原始程序；

.C C++原始程序；

.cc C++原始程序；

.cxx C++原始程序；

.m Objective-C原始程序；

.i 已經(jīng)過(guò)預(yù)處理的C原始程序；

.ii 已經(jīng)過(guò)預(yù)處理之C++原始程序；

.s 組合語(yǔ)言原始程序；

.S 組合語(yǔ)言原始程序；

.h 預(yù)處理文件(標(biāo)頭文件)；

.o 目標(biāo)文件；

.a 存檔文件。

GCC常用選項(xiàng)

GCC作為L(zhǎng)inux下C/C++重要的編譯環(huán)境，功能強(qiáng)大，編譯選項(xiàng)繁多。為了方便大家日后編譯方便，在此將常用的選項(xiàng)及說(shuō)明羅列出來(lái)如下：

-c 通知GCC取消鏈接步驟，即編譯源碼并在最后生成目標(biāo)文件；

-Dmacro 定義指定的宏，使它能夠通過(guò)源碼中的#ifdef進(jìn)行檢驗(yàn)；

-E 不經(jīng)過(guò)編譯預(yù)處理程序的輸出而輸送至標(biāo)準(zhǔn)輸出；

-g3 獲得有關(guān)調(diào)試程序的詳細(xì)信息，它不能與-o選項(xiàng)聯(lián)合使用；

-Idirectory 在包含文件搜索路徑的起點(diǎn)處添加指定目錄；

-llibrary 提示鏈接程序在創(chuàng)建最終可執(zhí)行文件時(shí)包含指定的庫(kù)；

-O、-O2、-O3 將優(yōu)化狀態(tài)打開(kāi)，該選項(xiàng)不能與-g選項(xiàng)聯(lián)合使用；

-S 要求編譯程序生成來(lái)自源代碼的匯編程序輸出；

-v 啟動(dòng)所有警報(bào)；

-Wall 在發(fā)生警報(bào)時(shí)取消編譯操作，即將警報(bào)看作是錯(cuò)誤；

-Werror 在發(fā)生警報(bào)時(shí)取消編譯操作，即把報(bào)警當(dāng)作是錯(cuò)誤；

-w 禁止所有的報(bào)警。

小結(jié)

GCC 是在Linux下開(kāi)發(fā)程序時(shí)必須掌握的工具之一。本文對(duì)GCC做了一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹，主要講述了如何使用GCC編譯程序、產(chǎn)生警告信息、調(diào)試程序和加快 GCC的編譯速度。對(duì)所有希望早日跨入Linux開(kāi)發(fā)者行列的人來(lái)說(shuō)，GCC就是成為一名優(yōu)秀的Linux程序員的起跑線。