1. GCC/G++

gcc和g++是GNU Compiler Collection中的編譯器，分別用于編譯C和C++程序。它們的編譯過程主要包括四個步驟：預處理（Pre-Processing）、編譯（Compiling）、匯編（Assembling）、鏈接（Linking）。

1.1 編譯過程

1. 預處理（Pre-Processing）：

   gcc -E hello.c -o hello.i
   

   對hello.c文件進行預處理，生成預處理文件hello.i。

   作用：擴展宏、包含頭文件、處理條件編譯、刪除注釋等。

2. 編譯（Compiling）：

   gcc -S hello.i -o hello.s
   

   對預處理文件進行編譯，生成匯編文件hello.s。

   作用：將高級語言代碼轉換為匯編語言，便于進一步轉換為機器代碼。

3. 匯編（Assembling）：

   gcc -c hello.s -o hello.o
   

   對匯編文件進行匯編，生成目標文件hello.o。

   作用：將匯編代碼轉換為機器代碼，包含程序的二進制指令，但還未鏈接庫函數或其他目標文件。

4. 鏈接（Linking）：

   gcc hello.o -o hello
   

   對目標文件進行鏈接，生成可執行文件hello。

   作用：生成最終的可執行程序，可以在目標操作系統上運行。

可以一步完成所有過程：

gcc hello.c -o hello

或者只生成目標文件：

gcc -c hello.c -o hello.o

1.2 GCC基本使用

• 編譯單個C文件并生成可執行文件：

  gcc -o outputfile sourcefile.c
  

  -o outputfile：指定輸出的可執行文件名。

  sourcefile.c：要編譯的源文件。

• 編譯多個C文件并生成可執行文件：

  gcc -o myprogram file1.c file2.c file3.c
  

• 編譯并生成目標文件（.o文件）：

  gcc -c file.c
  

  -c：僅編譯，生成目標文件（object file）。

• 指定頭文件目錄：

  gcc -Iinclude -o myprogram src/file1.c src/file2.c
  

  -Iinclude：指定包含頭文件的目錄include。

  詳細解釋：

  -I 選項用于指定頭文件的搜索目錄。這在包含自定義頭文件或者頭文件不在標準目錄時非常有用。

  頭文件（.h或.hpp文件）通常包含函數聲明、宏定義、數據類型、預處理指令等。當編寫一個程序時，頭文件可以被多個源文件包含，以便共享這些聲明和定義。

  編譯器默認會在一些標準目錄中搜索頭文件，比如 /usr/include 和 /usr/local/include。如果頭文件不在這些默認目錄中，編譯器就無法找到它們，會報錯。

  使用 -I 選項可以告訴編譯器在指定目錄中搜索頭文件。假設你的頭文件在一個自定義目錄中，比如 include 目錄，可以使用以下命令：

  gcc -Iinclude -o myprogram src/main.c
  

  這樣編譯器就會在 include 目錄中找到頭文件。以下是一個示例：

  // include/myheader.h
  #ifndef MYHEADER_H
  #define MYHEADER_H
  
  void myFunction();
  
  #endif
  
  // src/main.c
  #include "myheader.h"
  #include <stdio.h>
  
  void myFunction() {
      printf("Hello from myFunction!\n");
  }
  
  int main() {
      myFunction();
      return 0;
  }
  

  編譯命令：

  gcc -Iinclude -o myprogram src/main.c
  

• 鏈接目標文件生成可執行文件：

  gcc -o myprogram file1.o file2.o
  

1.3 GCC常用選項

• 編譯優化：

  -O1、-O2、-O3：不同級別的優化。

  -Os：優化生成的代碼大小。

• 調試信息：

  -g：生成調試信息，用于調試程序。

• 警告信息：

  -Wall：啟用所有常見的警告。

  -Werror：將所有警告視為錯誤。

1.4 G++使用

g++用于編譯C++程序，使用方法與gcc類似：

• 編譯單個C++文件并生成可執行文件：

  g++ -o outputfile sourcefile.cpp
  

• 編譯多個C++文件并生成可執行文件：

  g++ -o myprogram file1.cpp file2.cpp
  

• 編譯并生成目標文件（.o文件）：

  g++ -c file.cpp
  

  -c：僅編譯，生成目標文件（object file）。

• 指定頭文件目錄：

  g++ -Iinclude -o myprogram src/file1.cpp src/file2.cpp
  

  -Iinclude：指定包含頭文件的目錄include。

• 鏈接目標文件生成可執行文件：

  g++ -o myprogram file1.o file2.o
  

2.Makefile

Makefile 是用于自動化編譯和構建軟件項目的工具。在大型項目中，手動編譯每個文件非常繁瑣，使用 Makefile 可以簡化這一過程。Makefile 由一系列規則（rules）組成，每個規則包含目標（target）、依賴（dependencies）和命令（commands）。

2.1 基本結構

一個基本的 Makefile 的規則結構如下：

target: dependencies
    command

• target：要生成的文件或目標，可以是可執行文件、目標文件或其他規則。
• dependencies：生成目標所依賴的文件或其他目標。
• command：生成目標所需執行的命令。

2.2 示例

假設有以下項目結構：

project/
├── include/
│   └── myheader.h
├── src/
│   ├── main.c
│   ├── file1.c
│   ├── file2.c
├── Makefile

Makefile 內容如下：

# 指定編譯器
CC = gcc

# 編譯選項
CFLAGS = -Wall -g -Iinclude

# 源文件目錄
SRC_DIR = src

# 所有的源文件
SRCS = $(wildcard $(SRC_DIR)/*.c)

# 生成的目標文件
OBJS = $(SRCS:.c=.o)

# 生成的可執行文件名
TARGET = myprogram

# 默認規則，生成最終的可執行文件
all: $(TARGET)

# 生成最終的可執行文件 $(TARGET)，依賴所有目標文件 $(OBJS)
$(TARGET): $(OBJS)
	$(CC) -o $@ $^

# 生成目標文件的規則
$(SRC_DIR)/%.o: $(SRC_DIR)/%.c
	$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@

# 清理規則
clean:
	rm -f $(OBJS) $(TARGET)

# 打印文件列表
print:
	@echo "Source files: $(SRCS)"
	@echo "Object files: $(OBJS)"

# 偽目標
.PHONY: all clean print

2.3 變量

• CC：指定編譯器，通常為 gcc 或 g++。
• CFLAGS：編譯選項，如包含目錄（-I）、警告（-Wall）、調試信息（-g）等。
• SRCS：源文件列表，由 wildcard 函數生成。
• OBJS：目標文件列表，由源文件列表通過模式替換生成。
• TARGET：最終生成的可執行文件名。

2.4 規則說明

• all 規則：

  all: $(TARGET)
  

  默認規則，生成目標文件 $(TARGET)。

• $(TARGET) 規則：

  $(TARGET): $(OBJS)
      $(CC) -o $@ $^
  

  生成最終的可執行文件 $(TARGET)，依賴所有目標文件 $(OBJS)。

• 模式規則：

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

  通用規則，將 .c 文件編譯為 .o 文件。$< 代表第一個依賴文件（即源文件），$@ 代表目標文件（即目標文件）。

• clean 規則：

  clean:
      rm -f $(OBJS) $(TARGET)
  

  清理規則，刪除生成的目標文件和可執行文件。

• print 規則：

  print:
      @echo "Source files: $(SRCS)"
      @echo "Object files: $(OBJS)"
  

  打印文件列表，使用 @ 符號避免輸出命令本身。

• 偽目標：

  .PHONY: all clean print
  

  聲明 all、clean 和 print 為偽目標，以避免與實際文件名發生沖突。偽目標用于告知 make 這些規則不生成文件，而是特殊的操作。因此，make 會忽略它們的時間戳，總是執行這些規則。

2.5 常用命令

• make：

  make
  

  執行 Makefile 中的默認規則（通常為 all 規則）。

• make clean：

  make clean
  

  執行 clean 規則，清理生成的文件。

• make -f 其他Makefile文件：

  make -f other_makefile
  

  使用指定的 Makefile 文件進行構建。

3. CMake

CMake 是一個跨平臺的構建系統，用于管理軟件的編譯過程。在大型項目中，手動管理編譯配置非常繁瑣，使用 CMake 可以簡化這一過程。CMake 通過 CMakeLists.txt 文件定義項目的構建規則。

3.1 基本結構

一個基本的 CMakeLists.txt 的結構如下：

• cmake_minimum_required：指定最低版本的 CMake。
• project：定義項目名稱。
• set：設置編譯選項和變量。
• include_directories：包含目錄。
• add_executable：生成可執行文件。
• add_library：生成庫文件（可選）。
• target_link_libraries：鏈接庫文件（可選）。

3.2 示例

假設有以下項目結構：

project/
├── include/
│   └── myheader.h
├── src/
│   ├── main.cpp
│   ├── file1.cpp
│   ├── file2.cpp
├── CMakeLists.txt

CMakeLists.txt 內容如下：

# CMake 最低版本要求
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)

# 項目信息
project(MyProject)

# 指定 C++ 標準
set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)

# 包含頭文件目錄
include_directories(include)

# 查找 src 目錄下的所有源文件
file(GLOB SRCS "src/*.cpp")

# 生成可執行文件
add_executable(myprogram ${SRCS})

3.3 變量

• CMAKE_CXX_STANDARD：指定 C++ 標準，如 11、14、17 等。
• SRCS：源文件列表，由 file(GLOB) 函數生成。

3.4 命令說明

• cmake_minimum_required：

  cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
  

  指定最低版本的 CMake。

• project：

  project(MyProject)
  

  定義項目名稱。

• set：

  set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)
  

  設置編譯選項，這里指定使用 C++11 標準。

• include_directories：

  include_directories(include)
  

  包含頭文件目錄。

• file(GLOB)：

  file(GLOB SRCS "src/*.cpp")
  

  查找并設置源文件列表，GLOB 表示使用通配符匹配文件。

• add_executable：

  add_executable(myprogram ${SRCS})
  

  生成可執行文件 myprogram，并指定源文件列表。

3.5 常用命令

• 配置項目：

  cmake .
  

  在當前目錄下生成構建文件。

• 生成項目：

  make
  

  使用生成的構建文件進行編譯。

• 構建目錄：

  mkdir build
  cd build
  cmake ..
  make
  

  創建一個單獨的構建目錄，進行 out-of-source 構建，保持源代碼目錄整潔。

• 清理項目：

  手動刪除 build 目錄或使用 make clean 命令（需在 CMakeLists.txt 中添加相應規則）。

• 打印源文件列表：

  在調試時，可以添加 message 命令以打印源文件列表，確保它們被正確識別：

  message(STATUS "Source files: ${SRCS}")
  

4. GDB

GDB（GNU 調試器）是一個強大的調試工具，用于調試 C、C++ 和其他語言編寫的程序。它可以在程序運行時設置斷點、檢查變量值、單步執行代碼等，幫助開發者找到并修復錯誤。

4.1 基本命令

• 啟動 GDB：

  gdb program
  

  其中 program 是要調試的可執行文件。

• 運行程序：

  run
  

  啟動程序。如果程序需要參數，可以在 run 命令后添加，例如 run arg1 arg2。

• 設置斷點：

  break [file:]function
  break [file:]line
  

  在指定函數或行設置斷點。例如：

  break main
  break myfile.c:10
  

• 列出斷點：

  info breakpoints
  

  顯示當前設置的斷點。

• 刪除斷點：

  delete [breakpoint-number]
  

  刪除指定編號的斷點，如果不指定編號則刪除所有斷點。

• 單步執行：

  step
  next
  

  step 進入函數內部，next 跳過函數調用。

• 繼續運行：

  continue
  

  繼續執行程序，直到遇到下一個斷點。

• 打印變量值：

  print variable
  

  打印變量的當前值。例如：

  print x
  

• 查看調用棧：

  backtrace
  

  顯示當前的函數調用棧。

• 查看局部變量：

  info locals
  

  顯示當前函數的局部變量。

4.2 示例

假設有以下 C 程序 example.c：

#include <stdio.h>

void function1() {
    int x = 10;
    printf("x = %d\n", x);
}

int main() {
    function1();
    return 0;
}

編譯程序，并啟用調試信息：

gcc -g -o example example.c

啟動 GDB 并調試程序：

gdb example

在 GDB 中執行以下命令：

1. 運行程序：

   run
   

2. 設置斷點：

   break function1
   

3. 繼續運行：

   continue
   

4. 單步執行：

   step
   

5. 打印變量值：

   print x
   

6. 查看調用棧：

   backtrace
   

7. 查看局部變量：

   info locals