编译工具链
IDE（集成开发环境）：visual studio，clion，Eclipse，xcode
SDK（software Development Kit）：软件开发工具包
GCC（GNU C Compiler）
// 查看gcc版本
gcc -v
预处理（-E）
作用：执行预处理指令
常见的预处理指令
-
#include<stdio.h>
-
#define N 5
-
#define SIZE(a)(sizeof(a)/sizeof(a[0]))
-
宏开关
宏开关
// 一般很少用
#if
//...
#else
//...
#endif
// 条件编译
#ifdef
//...
#else
//..
#endif
//ex：
#include <stdio.h>
int main(void)
{
#ifdef N
printf("Hello world\n");
#else
printf("I love xjl~\n");
#endif
return 0;
}
预处理指令：
// 防御或声明，防止头文件被包含多次
#ifndef
//...
#else
//...
#endif
编译（-S）
作用：把预处理后的代码翻译成汇编代码
gcc -S main.c -o main.s
汇编基础
基本操作
push（入栈） mov（移动） call（函数调用） ret（函数返回）
pop（出栈） lea（load effective address，加载有效地址，等价于取地址&）
寄存器
寄存器是 CPU 内部用来存放数据的一些小型存储区域 ，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果。在计算机领域，寄存器是CPU内部的元件，包括通用寄存器、专用寄存器和控制寄存器。寄存器拥有非常高的读写速度，所以在寄存器之间的数据传送非常快。
- 有16个常用寄存器
%rax、 %rbx、 %rcx、 %rdx、 %rsi、 %rdi、 %rbp、 %rsp
%r8、 %r9、 %r10、 %r11、 %r12、 %r13、 %r14、 %r15
- 寄存器大小
1、r开头的寄存器都是64位8字节的
2、e开头的寄存器是32位4字节的
3、l和h结尾的寄存器是16位2字节的
特殊的寄存器
%rbp：register base pointer（栈帧的基址寄存器）
%rsp：register stack pointer（栈顶的地址）
%rdi：参数寄存器 第一个参数
%edi：参数寄存器 第一个参数（存放32bits的数据）
%rsi：参数寄存器 第二个参数
%esi：参数寄存器 第二个参数（存放32bits的数据）
%rax：返回值寄存器
%eax：返回值寄存器（存放32bits数据）
（%eax是寄存器的低32位，%rax是寄存器的整个64位；%rdi和%edi同理 ）
栈帧的大小：(%rbp) - (%rsp)
数据单位
x86架构：
数据总线：16bits
地址总线：20bits
word：16bits
long word：32bits（l）
quadra word：64bits（q）
//q、l（如：pushq里的这个q）都是数据的单位
main:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushq %rbp // 将上一个函数的基址地址入栈（保存上一函数的基址地址）
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
// 以上，push和mov操作，是函数调用的准备工作
.cfi_def_cfa_register 6
movl $.LC0, %edi // 将"Hello world"字符串字面值的地址保存到edi（参数寄存器）里面去
call puts // 编译器优化，调用puts函数，没有调用printf函数
movl $0, %eax // main函数的返回值是int型（32bits），返回0，存放到返回值寄存器中
// 到此处，函数功能执行完毕
popq %rbp
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
movq %rsp, %rbp // 解释如下图
#include <stdio.h>
void foo(int arr[], int a) {
int tmp = arr[0];
arr[0] = a;
a = tmp;
}
int main()
{
int j = 10;
int arr[] = {1,2,3,4,5};
arr[2] = 20;
int *p = arr + 3;
*p = 40;
int sum = 0;
for(int i = 0;i < 5;i++)
{
sum += arr[i];
}
foo(arr,j);
return 0;
}
注意：对寄存器的操作，加括号就相当于是解引用，是对寄存器里存放地址所指向的内存空间里的内容进行操作。没有加括号相当于直接对寄存器里的内容进行操作
.type foo, @function
foo:
.LFB0:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
movq %rdi, -24(%rbp)
movl %esi, -28(%rbp)
movq -24(%rbp), %rax
movl (%rax), %eax
movl %eax, -4(%rbp)
movq -24(%rbp), %rax
movl -28(%rbp), %edx
movl %edx, (%rax)
movl -4(%rbp), %eax
movl %eax, -28(%rbp)
nop
popq %rbp
.cfi_def_cfa 7, 8
ret
.cfi_endproc
.LFE0:
.size foo, .-foo
.globl main
.type main, @function
main:
.LFB1:
.cfi_startproc
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset 6, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register 6
subq $64, %rsp // 把%rsp里面的值减去 64 再赋值给%rsp，%rsp -= 64;确定栈帧的大小
/*为何以下两行不可以用一个mov完成？ 答：现在的架构无法满足直接从一块内存向另一块内存传输数据，必须经过寄存器*/
movq %fs:40, %rax // %fs:40是内存中的一片空间（只读区域，不可写），段+偏移量
movq %rax, -8(%rbp) // 存放金丝雀值
xorl %eax, %eax // 用异或的方式将返回值寄存器中的内容清零（很常用的清零操作）
// 接下来 7 行都是赋值操作
movl $10, -44(%rbp) // 将基址地址 -44 字节的内存赋值为 10（int j = 10）
movl $1, -32(%rbp)
movl $2, -28(%rbp)
movl $3, -24(%rbp)
movl $4, -20(%rbp)
movl $5, -16(%rbp)
movl $20, -24(%rbp)
// 50-52行：int *p = arr + 3;
leaq -32(%rbp), %rax // 加载有效地址，-32(%rbp)是arr的地址（数组首地址），将该地址存放到%rax寄存器中
addq $12, %rax // %rax里面的值减去12再赋值给%rax
movq %rax, -40(%rbp) // 将%rax 里面的值（地址）保存到 %rbp 减40的位置
movq -40(%rbp), %rax
movl $40, (%rax) // 把40存放到%rax所指向的内存空间 即：*p = 40;
// 56-57行：int sum = 0、int i = 0
movl $0, -52(%rbp)
movl $0, -48(%rbp)
jmp .L3 // 函数内进行跳转，直接执行66行的指令（无条件跳转）
.L4:
movl -48(%rbp), %eax // 将i的值放到%eax中
cltq // 将%eax的内存扩充到64位，并将前32位清零
/* -32(%rbp,%rax,4) <=> %rbp - 32 + 4 * %rax <=> arr[i]；%rbp - 32即是arr（数组首地址），%rax指向的地址存放的是i的值*/
movl -32(%rbp,%rax,4), %eax // 将arr[i]的值赋值%eax
addl %eax, -52(%rbp) // <=> sum += arr[i]
addl $1, -48(%rbp) // <=> i++
.L3:
cmpl $4, -48(%rbp) // 比较大小指令，将4 和 i的值进行比较
jle .L4 // jle（jump less equal），有条件跳转（≤），如果满足≤4，则跳转到.L4
// 下面开始调用foo函数
movl -44(%rbp), %edx // 将j的值存放到%edx寄存器中
leaq -32(%rbp), %rax // 加载有效地址，将数组首地址加载到%rax寄存器中
movl %edx, %esi // 将%edx中的值存放到%esi寄存器（第二个参数寄存器）
movq %rax, %rdi // 将%rax中的值存放到%rsi寄存器（第二个参数寄存器）
call foo // 调用foo宏函数
movl $0, %eax // 将0存放到%eax寄存器（返回值寄存器）
movq -8(%rbp), %rcx // 把%rbp到%rbp - 8这片内存空间的值存放到%rcx这个寄存器中
/*将内存中的金丝雀值（39行）与%rcx中的值进行异或运算，来判断是否出现数组越界（如果为0说明没有变动，则未越界；否则越界）*/
xorq %fs:40, %rcx
je .L6 // 判断是否等于 0 ，是的话，jump到.L6，否则调用“栈检查失败”即栈溢出
call __stack_chk_fail
.L6:
leave // 做一些清理操作
.cfi_def_cfa 7, 8
ret // 函数返回
.cfi_endproc
.LFE1:
.size main, .-main
.ident "GCC: (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.12) 5.4.0 20160609"
.section .note.GNU-stack,"",@progbits
再次理解 pushq %rbp ：
push是入栈操作，q代表大小（64位），此时%rbp存放的还是上一个函数栈帧的基址地址，将%rbp里面的内容入栈即保存了上一函数栈帧的基址地址，如图：
随后，还需要将栈顶指针移动到相应位置，实际上此操作是包括了两个步骤的，这两个步骤是不能被中断的，如图：
总之，push操作包含了两个步骤：
1、将基址寄存器里的值（上一函数栈帧的基址地址）入栈
2、将栈帧的栈顶指针移动到相应位置
小结
- C语言中的变量名对应汇编中的地址
- C语言中的类型对应汇编中的长度
- 函数调用都有自己独立的栈帧，并且参数都是值传递
- 循环是通过跳转实现的
汇编（-c）
作用：将汇编代码转换成目标平台的机器代码
gcc -c main.c -o main.o
链接
作用：为每一个符号（全局变量、函数名）找到对应的定义
gcc main.o -o main
总结
预处理：-E 得到 *.i 文件
编译：-S 得到 *.s 文件
汇编：-c 注意是小写c 得到 *.o 文件
链接：无
定义宏：-D
显示所有警告：-Wall
gcc main.c -o main -Wall
GDB
The GNU Debugger
它是Linux系统下常用的程序调试器
常用的调试方法
- 打断点
- 单步调试
- 逐过程
- 继续
- 监视
- 查看内存
GDB的使用
Linux 包含了一个叫gdb的调试程序。gdb可以用来调试C和C++ 程序。在程序编译时用 -g 选项可 打开调试选项
gcc filename.c –o filename –g //编译一定要加-g
gdb filename //进入调试
命令
l //显示代码(list)
b [n] //在第n行设置断点，相当于Windows的F9(break)
r //运行(run)
n //下一步不进入函数，相当于Windows的F10(next)
s //表示单步进入函数， 相当于Windows的F11(step)
c //运行到最后，相当于Windows的F5(continue)
finish //执行完这次函数调用
i b // 查看断点信息(info break)
d [n] // 删除所有断点或者删除n号断点(delete)
ignore [n] [count] // 忽略n号断点count次
q //退出，相当于Windows的Shift+F5 (quit)
监视
print/p 表达式
display 表达式
info display //查看所有的监视信息
undisplay [n] // 删除所有监视点或n号监视点
查看内存（了解）
x/FMT ADDRESS
使用示例：
x: 用十六进制表示
t: 用二进制表示
b：1字节
h: 2字节
w: 4字节
g: 8字节
例子：
/*表示从内存地址arr读取内容，
w表示以4字节为一个单位，
2表示2个单位，
d表示按十进制显示*/
x/2dw arr
GDB查看core文件
"黑匣子"---->core文件（将程序崩溃瞬间栈的内容保存下来）
- 当程序运行的时候出现了segmentation fault（即段错误）之类的错误以后，使用gdb可以进行调 试
- 首先使用ulimit -a 来查看当前系统的各项属性的大小限制
- 再使用ulimit -c unlimited 设置core file size
- 为不限制大小 设置完毕后，可以通过ulimit -a来检查是否成功设置 再次运行程序，会产生core文件，通过gdb 可执行程序 core文件，进行调试。直接通过bt(backtrace)可以看 到程序段错误时的现场
GDB设置命令行参数
(gdb) set args [参数]