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C++编译与调试

6/17/25About 6 min

C++编译与调试

一、gcc/g++编译器的使用

1. 基础编译指令

# 编译单个源文件为可执行文件
gcc main.c -o app

# 编译多个源文件为可执行文件
gcc main.c utils.c -o app

# 分别编译源文件为目标文件（.o），再链接
gcc -c main.c      # 生成main.o
gcc -c utils.c     # 生成utils.o
gcc main.o utils.o -o app  # 链接多个目标文件

2. 编译选项

  • 优化选项
-O0       # 不优化（默认）
-O1       # 基本优化
-O2       # 常用优化级别（推荐）
-O3       # 最高级优化（可能增加编译时间）
-Os       # 优化代码大小
  • 调试选项
-g        # 生成调试信息（配合gdb使用）
-g3       # 更详细的调试信息
  • 警告选项
-Wall     # 开启常见警告（推荐）
-Werror   # 将所有警告视为错误
-Wextra   # 开启额外警告
-pedantic # 严格遵循标准
  • C++标准选项
-std=c99  # 使用C99标准
-std=c11  # 使用C11标准
-std=c++11 # 使用C++11标准
-std=c++17 # 使用C++17标准

3. 头文件与库文件选项

  • 指定头文件路径
-I/path/to/include  # 添加头文件搜索路径
  • 指定库文件路径
-L/path/to/lib      # 添加库文件搜索路径
-lname             # 链接名为libname.so或libname.a的库
  • 动态链接与静态链接
-shared            # 生成共享库
-static            # 强制使用静态链接
  • 预处理器选项
-DMACRO           # 定义宏（等价于在代码中#define MACRO）
-DMACRO=VALUE     # 定义带值的宏
-E                # 仅运行预处理器，不编译

4. 高级选项

  • 生成汇编代码
-S                # 生成汇编文件（.s）
  • 生成依赖文件
-M                # 生成依赖关系
-MM               # 生成不包含系统头文件的依赖关系
-MT target        # 指定依赖目标
  • 位置无关代码（PIC）
-fPIC             # 生成位置无关代码（用于共享库）

二、gdb调试器的使用

1. 启动调试的三种方式

  • 调试已编译的可执行文件
# 编译时需加 -g 选项生成调试信息
gcc -g main.c -o app  
gdb app  # 启动GDB调试app
  • attach调试正在运行的进程
# 查看进程PID
ps -ef | grep app  
gdb attach <PID>  # 附加到目标进程
  • 调试核心转储文件（core dump）
# 先配置系统允许生成core文件
ulimit -c unlimited  
gdb app core  # 分析core文件（需提前设置程序崩溃时生成core）

2. 基础调试命令

  • 查看代码
list 或 l          # 显示当前行附近的代码（默认10行）
list <函数名>      # 显示指定函数的代码
list <文件名:行号> # 显示指定文件的某一行（如 list main.c:20）
  • 设置断点（Breakpoint）
break 或 b         # 常用断点命令
b <行号>           # 在指定行设置断点（如 b 20）
b <函数名>         # 在指定函数入口设置断点（如 b main）
b filename.c:func  # 在指定文件的函数设置断点
info break 或 info b # 查看所有断点列表
delete <断点编号>   # 删除指定断点（如 delete 1）
disable <断点编号>  # 禁用断点（保留但不生效）
enable <断点编号>   # 启用已禁用的断点
  • 运行程序
run 或 r           # 启动程序运行（若程序需要参数，可直接跟在r后，如 r arg1 arg2）
continue 或 c      # 继续运行程序，直到遇到下一个断点或结束
  • 单步执行
next 或 n          # 单步执行（不进入函数内部，直接执行函数调用）
step 或 s          # 单步执行（进入函数内部，跟踪函数调用）
until 或 u <行号>  # 快速执行到指定行（跳出当前循环）
finish            # 运行到当前函数返回（跳出函数）

3. 查看与修改变量

  • 查看变量值
print 或 p <变量名>     # 打印变量值（支持表达式，如 p a + b）
p *指针变量            # 打印指针指向的内容
p &变量名              # 打印变量地址
display <表达式>        # 每次单步执行后自动显示表达式值（如 display i）
undisplay <编号>        # 取消自动显示（编号由display命令输出）
  • 修改变量值
set <变量名>=<值>  # 修改变量值（如 set i=100）
p <变量名>=<值>    # 等价于set命令（如 p i=100）
  • 查看数据类型
whatis <变量名>     # 查看变量类型（如 whatis arr）
ptype <变量名>      # 查看变量的详细类型定义

4. 调用函数与栈操作

  • 调用函数
call <函数名>(参数)  # 在调试中调用函数（如 call printf("hello\n")）

查看调用栈

backtrace 或 bt     # 查看当前函数调用栈（显示各层函数的调用关系）
frame 或 f <编号>   # 切换到指定栈帧（编号从0开始，0为当前栈帧）
up                  # 向上切换栈帧（调用者方向）
down                # 向下切换栈帧（被调用者方向）

5. 条件断点与观察点

  • 条件断点
b <行号> if <条件>  # 在指定行设置带条件的断点（如 b 20 if i==5）
condition <断点编号> <条件>  # 修改已有断点的条件（如 condition 1 i>10）
  • 观察点（Watchpoint）
watch <表达式>      # 当表达式的值改变时暂停程序（如 watch x）
rwatch <表达式>     # 当表达式被读取时暂停程序
awatch <表达式>     # 当表达式被访问（读或写）时暂停程序
info watchpoints    # 查看所有观察点

6. 其他命令

  • 退出调试
quit 或 q          # 退出GDB（若程序正在运行，会强制终止）
detach            # 从attach模式分离（不终止程序）
  • 设置参数与环境变量
set args <参数列表> # 设置程序运行参数（如 set args 10 "test"）
show args          # 查看已设置的参数
set environment VAR=value # 设置环境变量（如 set environment PATH=$PATH:/new/path）
  • 搜索与跳转
search <字符串>     # 在代码中搜索字符串（如 search "error"）
jump <行号>         # 直接跳转到指定行（谨慎使用，可能破坏程序状态）

三、CMake构建

官方文档：https://cmake.org/documentation/

1. 项目基础配置

  • 最低 CMake 版本要求
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
  • 项目名称与语言（C/C++）
project(MyProject LANGUAGES C CXX)
  • 设置 C++ 标准（如 C++11/14/17）
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
set(CMAKE_CXX_EXTENSIONS OFF)  # 禁用 GNU 扩展

2. 设置编译产物

  • 编译可执行程序
add_executable (${_PROJECT_NAME_} ${SOURCES})
  • 编译静态库
add_library (${_PROJECT_NAME_} STATIC ${SOURCES})
  • 编译动态库
add_library (${_PROJECT_NAME_} SHARED ${SOURCES})

3. 设定C/C++编译器

  • 设定C编译器
set(_C_COMPILER_PATH_ "/home/x86_64-linux-musl-native/bin/x86_64-linux-musl-gcc")
set(CMAKE_C_COMPILER ${_C_COMPILER_PATH_})
  • 设定C++编译器
set(_CXX_COMPILER_PATH_ "/home/x86_64-linux-musl-native/bin/x86_64-linux-musl-g++")
set(CMAKE_CXX_COMPILER ${_CXX_COMPILER_PATH_})

4. 头文件及库文件选项

  • 添加自定义头文件目录
include_directories(${_OPENSSL_HEADER_PATH_})
  • 添加自定义库文件目录
link_directories(${_OPENSSL_LIB_PATH_})
  • 链接指定库
target_link_libraries(${_PROJECT_NAME_} "stdc++")
target_link_libraries(${_PROJECT_NAME_} "gcc_eh")

5. 调试信息

  • 查看当前使用的C/C++编译器
MESSAGE(STATUS "C Compiler: ${CMAKE_C_COMPILER}")
MESSAGE(STATUS "CPP Compiler: ${CMAKE_CXX_COMPILER}")
message(STATUS "当前编译模式: ${CMAKE_BUILD_TYPE}")  # 输出状态信息
message(WARNING "警告：缺少优化选项")  # 输出警告
message(FATAL_ERROR "错误：依赖库未找到")  # 终止编译

6. 编译流程及步骤

  • 创建构建文件夹
mkdir build
cd build
  • 生成构建文件
cmake ..
  • 编译项目
cmake --build . --config Release  # Windows
make -j4 # Unix 开启4个线程并行编译，-j 默认开启CPU核心个数线程
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贡献者: 墨城烟雨
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