理解C语言(零) 导读(下)：有用的C语言工具-从Make说起

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1 Make

在GNU中提供了一个用于管理多个C源代码文件的项目管理工具，用户只需按照一定的语法规则编写这个Makefile文件。输入make命令，系统会自动的根据当前文件的修改情况确定哪些文件需要重编译，一旦文件被修改，make工具只会执行依赖于该文件的一系列规则，这样节省了整个编译和链接时间。

1.1 Make规则

Makefile是由若干规则组成，每个规则定义了生成对应目标文件和它的依赖关系、产生目标文件需要执行的命令。

它的核心在于只要依赖的文件时间比目标更新，则执行产生目标的命令，不存在执行后续既定的命令。注:这里的目标既可以是一个目标文件，也可以是可执行文件，也可能是伪目标(命令必须从tab键开头)

目标：　依赖文件列表
命令 

如执行

＃Makefile 文件1
appex: main.o app.o mod.o lib.o
    ＠echo "正在编译模块..."
    gcc -o appex main.o app.o mod.o lib.o

main.o: main.c app.h
    gcc -c main.c 
app.o: app.c app.h
    gcc -c app.c
mod.o: mod.c
    gcc -c mod.c
lib.o: lib.c lib.h
    gcc -c lib.c

clean:
    rm -f *.o

有几点需要说明:

• 关于GCC的参数使用，参考理解C语言(零) 导读(上)的第一节
• Make目标规则中支持三个通配符：*、 ?、 [...]
• 若未指定目标，则运行make命令默认执行第一个目标。运行make clean命令，清除所有的目标文件(clean是一个伪目标，并不生成clean这个文件，它只是一个标签)。还有很多这样的命令，如
  all: 一般是编译所有的目标;
  install: 把已经编译号的目标执行文件拷贝到指定目标中去
  tar: 把源程序打包备份，tar文件;
  dist: 创建一个压缩文件
  TAGS: 更新所有的目标，以备完整的编译使用

为避免和目标文件重名的情况，通常使用一个特殊的标记.PHONY来显式地指明这是一个伪目标，如:

.PHONY: doc
doc:
    command

.PHONY: distclean clean
distclean: clean
    $(MAKE) -C test distclean
    rm -rf autom4te.cache/
    rm -f Makefile
    rm -f $(CILLYDIR)/App/$(CILLYMOD)/CilConfig.pm
    rm -f config.h
    rm -f config.log
    rm -f config.mk
    rm -f config.status
    rm -f doc/header.html
    rm -f doc/index.html
    rm -f src/machdep-ml.c src/cilversion.ml
    rm -f stamp-h

clean: $(CILLYDIR)/Makefile
    rm -rf $(OBJDIR)
    rm -f $(BINDIR)/$(CILLY).*
    rm -rf lib/cil share/
    rm -f META
    rm -rf doc/html/
    rm -rf doc/cilcode.tmp/
    rm -f doc/cil.version.*
    rm -f doc/cilpp.*
    $(MAKE) -C $(CILLYDIR) clean
    rm -f $(CILLYDIR)/App/$(CILLYMOD).pm
    rm -f $(CILLYDIR)/Makefile.old
    $(MAKE) -C test clean

• 规则支持多目标，因为有可能我们的多个目标同时依赖于一个文件，我们就把它合并起来，建议使用自动变量$@表示目前规则中所有的目标集合，如：

  bigoutput littleoutput : text.g
  generate text.g -$(subst output,,$@) > $@

• 定义多目标规则－使用到了自动化变量$<(表示所有的依赖目标集)，$@(表示所有的目标集合)。例如

  objects= foo.o bar.o
  all: $(objects)
  $(objects): %.o : %.c 
  $(CC) -c $(CFLAGS) $<-o $@

  该例子的意思是：我们的目标从$objects中获取－所有.o结尾的目标，就是foo.o/bar.o,依赖的模式是对应的%.c文件。目标文件较多时，采取这种静态模式规则更为方便，灵活
• ＠字符在命令行前表示在命令执行前输出信息到屏幕上
• 如果命令模式里含有多个命令需要连续执行，应使用;分隔命令

• 嵌套make执行－每个子目录中都有一个Makefile，根目录有一个Makefile,根目录的Makefile应如下书写,它表示先进入这个子目录中，再执行make命令

  search: 
  cd suddir && $(MAKE)

在Makefile中，主要包含了以下内容： 变量定义、显式规则、隐含规则。

1.2 变量

A. 变量基础
变量名的命名规则：变量名＝变量值(字符串),引用变量时在变量前加上$符号，也可用"()"或者"{}"把变量给包起来(为了安全使用)。如果使用变量来定义变量的值，有两种方式： "="或者":="

# =符号允许变量可以使用后面的变量定义，但出现递归引用，就不行
foo = $(bar)
bar = $(ugh)
ugh = Huh?
all :
    echo $(foo)

x := foo
y := $(x) bar
x := later
# 使用:=,前面的变量就不能使用后面的变量

操作符"?="表示如果变量没有定义过，则变量值就是后面的形式，若先前被定义，什么都不做。追加变量sh值使用"+=",如:

# 结合条件选择是否追加相应参数，摘自CIL代码
CILHOME := ..
CILLY := $(CILHOME)/bin/cilly

ifdef _MSVC
    include Makefile.msvc
else
ifdef _GNUCC
    include Makefile.gcc
endif
endif

CILLY += --mode=$(COMPILERNAME) --decil
CILLY += --save-temps $(EXTRAARGS)

目标变量：我们还可以为目标设置局部变量，这个变量只会作用在这条规则和连带规则中，而不影响其他规则链以外的值。如:

prog: CFLAGS = -g
prog: prog.o foo.o
    $(CC) $(CFLAGS) prog.o foo.o -o prog

prog.o : prog.c
    $(CC) $(CFLAGS) prog.c

如果我们想在多个目标中定义，则使用模式变量,如%.o: CFLAG= -O

B. 条件判断

• ifeq (arg1,arg2)... else ...endif 如果两个参数的值相等，则表达式为真，相反的是ifneq
• ifdef var-name ... else ... endif 如果定义了某变量值非空，则表达式为真，相反的是ifndef

例如：

ifeq ($(CC),gcc)
    libs=$(libs_for_gcc)
else
    libs=$(normal_libs)
endif

ifndef NOCHECK
  CILLY += --strictcheck
endif

ifdef OCAMLDEBUG
  CILLY+= --ocamldebug
endif

1.3 隐含规则、模式规则及其使用的变量

GNU make中定义了内置各种隐含规则，在不给出产生目标文件的命令时由make自动添加，例如未定义如何产生目标的命令，如:

demo.o: demo.c app.h
# make会自动添加如下规则
# $(CC) $(CFLAGS) $(CPPFLAGS) ... -c $<-o $@

我们看到在隐含规则中基本上都使用了一些预定义的变量，你可以在文件中进行重新定义。只要设定了这些预定义变量，就会对隐含规则起作用。这些预定义变量分为两种类型：命令相关，参数相关。

命令相关：

• AR: 函数库打包程序,默认命令ar；AS: 汇编语言编译程序，默认as
• CC: C编译器，默认cc; CXX: C++编译器，默认g++; CPP: C程序的预处理，默认$(CC) -E
• RM: 删除文件命令，默认rm -f

参数相关:

• CFLAGS: C编译器参数，可添加加入非标准的目录-I dir或者调试信息-g选项
• CPPFLAGS: C预处理参数；CXXFLAGS: C++编译器参数
• LDFLAGS: 链接器参数，通常可添加-lxxx指定的库文件(如-lm)或者指定的库搜索路径－L dir
• LEX: 词法分析器，默认lex; 语法分析器，默认yacc

还注意到刚才已经多次提到了自动变量，它的值是与规则中的目标和依赖对象有关，即把模式中定义的一些列文件自动地取出，直至所有的符合模式的文件都取完，自动化变量只出现在规则的命令中。如下:

• $@ : 匹配规则中的目标文件集合
• $^ : 所有的依赖目标集合，以空格分隔，有重复去除($+,不去除重复)
• $< : 第一个依赖文件，如果依赖目标是以模式%定义的，表示符合模式的一系列文件
• $* : 不包含扩展名的目标文件名称
• $? : 所有比目标新的依赖目标的集合，以空格分隔。

希望只对更新过的依赖文件操作，$?就很有用，例如一个库文件lib,由其他几个目标文件更新，那么把几个目标打包的高效率的规则如下:

lib : x.o y.o z.o
    ar r lib $?

结合这些采取不同的规则修改上面我们定义的Makefile文件

• 使用自动变量

OBJS= main.o app.o mod.o lib.o
appex: $(OBJS)
    ＠echo "正在编译模块..."
    $(CC) -o $@ $^

main.o: main.c app.h
    $(CC) -c -o $@ $<
app.o: app.c app.h
    $(CC) -c -o $@ $<
mod.o: mod.c
    $(CC) -c -o $@ $<
lib.o: lib.c lib.h
    $(CC) -c -o $@ $<

clean:
    rm -f *.o

• 使用隐含规则

OBJS= main.o app.o mod.o lib.o
appex: $(OBJS)
    ＠echo "正在编译模块..."
    $(CC) -o $@ $^

main.o: main.c app.h
app.o: app.c app.h
mod.o: mod.c
lib.o: lib.c lib.h

clean:
    rm -f *.o

• 使用模式规则，把具有相同行为特点的规则，进行通配表示

*.o : *.c
    $(CC) -c $<-o $@
    
OBJS= main.o app.o mod.o lib.o
appex: $(OBJS)
    ＠echo "正在编译模块..."
    $(CC) -o $@ $^

main.o: main.c app.h
app.o: app.c app.h
mod.o: mod.c
lib.o: lib.c lib.h

clean:
    rm -f *.o

2 GDB

例如我有三个文件：stack.h、stack.c、teststack.c,通过Makefile编译或(gcc -g -o stack),生成可执行文件stack ，下面将进行调试

2.1 运行程序

加载可执行文件:gdb stack
如果显示No symbol table is loaded,其实是因为GCC编译时没加入-g选项。

解决办法是在编译时一定要加-g选项以加入调试信息，即修改Makefile里面的CFLAGS选项=-g，因为如果没有-g，你将看不见程序的函数名、变量名，所代替的全是运行时的内存地址。

加入-g参数后，会显示Reading symbols from stack...(no debugging symbols found)...done

查看当前源代码：l func-name(函数名，默认为main)
默认l(list) : 显示main函数，直接回车表示，表示重复上一次命令

开始和停止命令:

设置调试的命令行参数:
gdb命令行中的gdb --args <运行文件> <参数>
gdb环境中的set args命令
run执行时加入参数

2.2 设置断点和调试执行

断点：　b，break命令的缩写；d,delete命令的缩写

调试执行:

2.3 检查代码和数据

检查代码:

检查数据：p,print命令的缩写；x-输出地址信息

注：p显示的变量信息均是在当前n命令(c,还未执行到这一行语句)前的内容

变量设置：直接使用set $name
例如想逐个打印数组的元素，可以如下:

(gdb) set $i=0
(gdb) p arr[$i++]

2.4 多线程调试

建议使用多线程库时使用-lpthread定位解析多线程头文件

参数说明:off 不锁定任何线程，所有线程都执行；on 只有当前被调试程序执行；step 单步的时候，除了next过一个函数意外只有当前线程会执行

参考

• Make篇参考- [GNU/Linux编程]第5章第2小节
• GDB中应该知道的几个调试方法