嵌入式成长轨迹14 【嵌入式环境及基础】【Linux下的C编程 上】【gcc、gdb和GNU Make】

这一模块中，c语言基础，指针、函数及自定义数据类型，数据结构，文本编辑器这几块已经学习过，这些就不再提及，就分别列举一些面试题：

·c语言基础
常见面试题1：下面的两种if语句判断方式，哪种写法更好？为什么？
if (n == 10)
if (10 == n)
常见面试题2：下面的两个定义有何区别？
const int MAX_NUM = 10;
#define MAX_NUM 10

·数据结构
常见面试题1：栈和队列的主要差别是什么？
常见面试题2：编写一个函数，实现双链表中指定节点的删除操作。

·文本编辑器
常见面试题1：vi编辑器有哪几种工作模式？
常见面试题2：使用vi编辑器编写源代码文件时，如何进行关键字的补全？
常见面试题3：在emacs编辑器中，保存文件的命令有哪些？

一、gcc
GCC（GNU Compiler Collection）是一套功能强大、性能优越的编程语言编译器，它是GNU计划的代表作品之一。GCC以GPL和LGPL许可证发行，它是类Unix和苹果电脑Mac OS X操作系统的标准编译器。

1 基本选项
-E 只做预处理
-S 只做预处理和编译
-c 只做预处理、编译和汇编
-o file 指定输出文件为file

2 警告选项
1）说明
在编译程序的过程中，编译器的报错和警告信息对于程序员来说是非常重要的。GCC包含了完整的出错检查和警告提示功能，它们可以帮助Linux程序员尽快找到错误的或潜在的错误代码，从而写出更加专业和优美的代码
2）选项
-Wall 启用所有警告信息
-Werror 发生警告时取消编译操作，也即将警告当做错误
-w 禁用所有警告信息

3 优化选项
GCC具有优化代码的功能，主要的优化选项包括：
-O0：不进行优化处理；
-O或-O1：进行基本的优化，这些优化在大多数情况下都会使程序执行得更快
-O2：除了完成-O1级别的优化外，还要一些额外的调整工作，如处理器指令调度等，这是GNU发布软件的默认优化级别；
-O3：除了完成-O2级别的优化外，还进行循环的展开以及其它一些与处理器特性相关的优化工作；
-Os：生成最小的可执行文件，主要用在嵌入式领域。

4 连接器选项

-Idirectory 向GCC的头文件搜索路径中添加新的目录
-Ldirectory 向GCC的库文件搜索路径中添加新的目录
-llibrary 提示连接程序在创建可执行文件时包含指定的库文件
-static 强制使用静态链接库
-shared 生成动态库文件

库文件可分为静态库和动态库。
静态库是指编译连接时，将库文件的代码全部加入到可执行文件中，这样运行时就不需要库文件了。静态库的后缀名一般为“.a”。
动态库是指在编译连接时并不将库文件的代码加入到可执行文件中，而是在程序执行时由运行时连接文件加载库文件，这样可以节省系统的开销。动态库的后缀名一般为“.so”。

例如我们编译是用-I选项来指定头文件的路径：
$ gcc example.c –o example –I/home/xxx/include
头文件所对应的库文件，如果没有特别指定时，GCC会到默认的搜索路径进行查找。

使用-L选项来指定库文件的路径，例如：
$ gcc example.c –o example –L/home/xxx/lib

GCC编译器在默认情况下使用动态库，但如果使用了-static选项，连接器将忽略动态库，强制使用静态链接库，即使用如下命令：
$ gcc example.c –o example –static –lm
此时静态库文件中的代码全部包含到可执行文件中，所以生成的可执行文件比较大。

5 其它选项
-x language 指定输入文件的编程语言
-v 显示编译器的版本号
-g 获得有关调试程序的详细信息
-ansi 支持符合ANSI标准的c程序

常见面试题1：GCC对程序进行编译连接时使用的是动态库还是静态库，如何进行指定？
常见面试题2：GCC编译器具有优化代码的功能，主要包括哪些优化选项，最常用的是哪个选项？

二、gdb
同GCC编译器一样，GDB（GNU Debugger）也是由GNU计划完成的、受通用公共许可证（GPL）保护的自由软件。GDB是一个功能强大的交互式程序调试工具，主要工作在字符模式下。

GDB调试器有很多命令，从简单的文件载入、断点设置，到复杂的内存查看、信号捕捉等。

在使用GDB调试程序之前，必须使用-g选项编译源文件，以便将调试信息加入到要调试的程序之中，而且-g选项不能和优化选项一起使用。

1、断点设置与管理
断点设置即在调试的程序中设置断点，断点管理包括查看断点信息、删除或禁用断点等。
1）．设置断点（break）
2）．查看断点信息（info break）
3）．删除指定的断点（d）
4）．删除指定行上的断点（clear）
5）．禁用指定的断点（disable）
6）．恢复指定的断点（enable）
7）．设置观察点（watch）

2、数据显示与变量赋值
上面介绍了如何在程序中设置和管理断点，但只有断点没有用，要跟踪程序的运行，必须能在断点处查看或修改变量的值。
1）．显示变量或表达式的值（print）
2）．自动显示变量或表达式的值（display）
3）．显示变量的数据类型（whatis、ptype）
4）．修改变量的值（set）

3、程序执行与函数调用
上面已经介绍了run命令和continue命令，接下来介绍程序执行相关的另外一些常用命令，以及函数调用的命令。
1）．单步执行（step、next）
2）．退出被调用的函数（return）
3）．执行到指定行（until）
4）．跳转执行（jump）
5）．强制调用函数（call）

4、其他常用命令
GDB的命令很多，除了上面介绍的断点设置、数据显示、程序执行等，还有一些命令比较常用，下面分别介绍。
1）查看堆栈信息（backtrace、frame）
2）查看源程序信息（info source）
3）查看寄存器（info registers）
4）查看程序的汇编代码（disassemble）

5、其它调试工具
GDB是基于字符界面的，Linux系统下还有一些基于图形界面的调试工具，如KDBG、XXGDB以及DDD等。用户只需要单击菜单或按钮即可完成程序的调试，而不需要输入命令。其实这些工具都是GDB的一层外壳，都保留着GDB的各种特性。

常见面试题1：GDB的主要功能是什么?
常见面试题2：使用GDB调试程序时，如何设置断点?

三、GNU Make
GNU Make工具的作用就是实现上面编译连接过程的自动化。它定义了一种语言，用来描述源文件、目标文件以及可执行文件之间的关系，通过检查文件的时间戳来决定程序中哪些文件需要重新编译，并发送相应的命令

1、基本规则
Makefile文件的作用是告诉Make工具做什么，多数情况是如何编译连接一个程序。

目标 : 依赖
<tab>命令
如：
example : sort.o compute.o main.o
gcc sort.o compute.o main.o -o example
sort.o : sort.c lib1.h
gcc -c sort.c -o sort.o
compute.o : compute.c
gcc -c compute.c -o compute.o
main.o : main.c lib2.h
gcc -c main.c -o main.o

2、变量的定义与使用
1）．递归展开式变量
A = $(B)
B = $(C)
C = Hello
$(A)
2）．直接展开式变量
A = Hello
B = $(A) World
A := Hi
其中
B := Hello World
A := Hi

B = $(A) World
A = Hi
其中
B := World
A := Hi

3、隐含规则
隐含规则是系统或用户预先定义好的一些特殊规则，主要是一些常用的依赖关系和更新命令。

.c :
$(CC) $(CFLAGS) -o $@ $<
.c .o :
$(CC) $(CFLAGS) -c $<

objects = sort.o compute.o main.o
CC = gcc
CFLAGS = -Wall -g
example : $(objects)
$(CC) $^ -o $@
sort.o : lib1.h
main.o : lib2.h

4、伪目标
Makefile文件中的目标分为两类：实目标和伪目标。实目标是真正要生成的以文件形式存放在磁盘上的目标，我们前面定义的目标都属于实目标；而伪目标则不要求生成实际的文件，它主要用于完成一些辅助性操作。

clean :
rm example $(objects)

make clean

.PHONY : clean
clean :
rm example $(objects)

5、函数
GNU Make中提供了很多函数，可以在Makefile文件中调用这些函数来进行文件名、变量以及命令等的处理。函数的调用方式与变量类似，使用“$”符号
1）．patsubst函数，对字符串进行替换和分析

$(patsubst pattern,replacement,text)

$(patsubst %.c, %.o, sort.c compute.c main.c)
sort.o compute.o main.o
$(var:suffix = replacement)
$(patsubst %suffix, %replacement, $(var))

2）．dir函数 获取路径
$(dir filename ... )

$(dir main.c)
./

3）．notdir 函数 抽取字符串中除了路径外其他字符，也就是文件名
$(notdir filename ... )

$(notdir /home/yanyb/LinuxC/make/main.c ./Makefile)
main.c Makefile

4）．suffix函数 获取文件名后缀
$(suffix filename ... )

$(suffix ./main.c)
.c

6、通用Makefile文件
下面给出的是一个通用的Makefile文件，其作者是英国的Gorge Foot，之所以说它是通用的，主要是它不需要修改就可以应用于大部分的项目之中。

######################################
#
# Generic makefile
#
# by George Foot
# email: george.foot@merton.ox.ac.uk
#
# Copyright (c) 1997 George Foot
# All rights reserved.
#
# No warranty, no liability;
# you use this at your own risk.
#
# You are free to modify and
# distribute this without giving
# credit to the original author.
#
######################################
#
# Customizing
#
# Adjust the following if necessary; EXECUTABLE is the target
# executable’s filename, and LIBS is a list of libraries to link in
# (e.g. alleg, stdcx, iostr, etc). You can override these on make’s
# command line of course, if you prefer to do it that way.

# EXECUTABLE为目标的可执行文件名，LIBS为需要连接的程序包列表，可以根据具体的项目对其进行修改。
#
EXECUTABLE := example
LIBS := xxx

# Now alter any implicit rules’ variables if you like, e.g.:
# 修改隐含规则中宏。
CC := gcc
CFLAGS := -Wall -O2 -MD

# You shouldn’t need to change anything below this point.
# 下面内容基本上不需要修改。
# 列出工作目录下所有以“.c”结尾的文件，以空格分隔，将文件列表赋给变量SOURCE
SOURCE := $(wildcard *.c)
# 调用patsubst函数，生成与源文件对应的“.o”文件列表。
OBJS := $(patsubst %.c, %.o, $(SOURCE))
# 调用patsubst函数，生成与源文件对应的“.d”文件列表，关于“.d”文件后面会给出说明。
DEPS := $(patsubst %.o, %.d, $(OBJS))
# 对DEPS列表进行处理，删除所有已经存在的项目。
# 这里使用的函数为filter-out，该函数使用两个用空格分割的列表作为参数，其功能是删除第2个列表中所有
# 存在于第1列表的项目。
MISSING_DEPS := $(filter-out $(wildcard $(DEPS)), $(DEPS))
MISSING_DEPS_SOURCES := $(wildcard $(patsubst %.d, %.c, $(MISSING_DEPS)))
# 声明伪目标。
.PHONY : everything deps objs clean veryclean rebuild
# 更新可执行程序，并且为每一个源文件生成或更新一个“.o”文件和一个“.d”文件。
everything : $(EXECUTABLE)
# 为每一个源文件生成或更新一个“.d”文件。
deps : $(DEPS)
# 为每一个源文件生成或更新一个一个“.o”文件和一个“.d”文件。
objs : $(OBJS)
# 删除所有“.o”文件和“.d”文件。
# 命令前的“@”符号表示在执行make命令的时候，不显示这条命令。
clean :
@rm -f *.o
@rm -f *.d
# 完全删除，首先执行clean，然后再删除可执行文件。
veryclean : clean
@rm -f $(EXECUTABLE)
# 完全重建，首先执行veryclean，然后执行everything。
rebuild : veryclean everything
# Makefile文件中的条件语句。
ifneq ($(MISSING_DEPS),)
$(MISSING_DEPS) :
@rm -f $(patsubst %.d,%.o,$@)
endif
-include $(DEPS)

# addprefix函数包含两个参数：文件前缀和列表，其功能是给文件列表的每一项添加一个前缀。
$(EXECUTABLE) : $(OBJS)
gcc -o $(EXECUTABLE) $(OBJS) $(addprefix -l,$(LIBS))

7、GNU Automake简介
总的来说，书写Makefile文件还是比较复杂的，而且还容易出现各种错误。为了减轻程序开发人员维护Makefile文件的负担，GNU提供了一个自动生成Makefile文件的工具，即GNU Automake工具。
1）．创建目录并编辑源文件
2）．生成并编辑configure.in文件
3）．生成aclocal.m4和configure文件
4）．生成config.h.in文件
5）．创建Makefile.am文件
6）．生成Makefile.in文件
7）．生成Makefile

常见面试题1：Makefile文件的作用是什么？
常见面试题2：简述使用Automake工具生成Makefile文件的一般步骤。