大家好，我是小康。今天我們來聊下怎樣來編譯和調(diào)試 C/C++ 程序。

提到 gcc/g++，很多初學(xué)者的第一反應(yīng)可能是：“這不是編譯器嘛，不就寫 gcc main.c 然后敲個(gè)回車？”但當(dāng)編譯報(bào)錯(cuò)時(shí)，才發(fā)現(xiàn)自己對(duì)它的了解就像對(duì)前任一樣——一知半解。

其實(shí)，gcc/g++ 不只是一個(gè)“會(huì)把 C/C++ 代碼變成可執(zhí)行文件”的工具，它還能優(yōu)化、調(diào)試、排錯(cuò)，甚至分析代碼！今天，小康就來帶你解鎖 gcc/g++/gdb 的正確姿勢：從編譯到調(diào)試，通通搞明白！

小貼士：

• gcc：C 編譯器，專門編譯 C 程序。
• g++ : C++編譯器，專門編譯 C++ 程序。gcc 和 g++的用法和參數(shù)基本相同，今天我們主要介紹 gcc！
• gdb ：調(diào)試 C/C++ 程序的利器！

一、什么是 gcc？簡單聊聊它的身份

gcc，全稱 GNU Compiler Collection，是一款強(qiáng)大的開源編譯器，支持多種語言（C、C++、Objective-C 等）。但今天，我們只專注它在 C/C++ 編譯領(lǐng)域的表現(xiàn)。

一句話概括 gcc 的工作：把你寫的代碼從“人話”翻譯成機(jī)器能看懂的“機(jī)器語言”。即：將你的程序代碼編譯成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的機(jī)器語言(01機(jī)器碼)。

gcc 的核心流程分為四步：

1. 預(yù)處理：處理宏定義、頭文件、條件編譯等。
2. 編譯：將預(yù)處理的代碼轉(zhuǎn)成匯編代碼。
3. 匯編：把匯編代碼轉(zhuǎn)成機(jī)器代碼（生成目標(biāo)文件）。
4. 鏈接：將目標(biāo)文件生成可執(zhí)行文件。

二、GCC 的安裝與檢查

2.1 檢查是否已安裝

在終端輸入以下命令：

gcc --version

如果返回版本信息，說明 GCC 已經(jīng)安裝成功。如果提示 command not found，那就繼續(xù)看下面的安裝步驟。

2.2 安裝 GCC/G++/GDB

• Ubuntu/Debian 系統(tǒng)：

sudo apt update
sudo apt install build-essential -y   # 安裝 gcc 和 g++
sudo apt install gdb                  # 安裝 gdb

這會(huì)同時(shí)安裝 GCC 和其他編譯工具鏈。

• CentOS/Red Hat 系統(tǒng)：

sudo yum groupinstall "Development Tools" -y  # 安裝 gcc 和 g++

sudo yum install gdb -y                       # 安裝 gdb

3. 驗(yàn)證安裝：分別運(yùn)行 gcc --version 、 g++ --version和 gdb --version，確認(rèn) GCC/G++/GDB 是否安裝成功。

三、gcc 的基本用法：從入門到熟練

3.1 最簡單的編譯指令

gcc main.c -o main

• main.c 是你的代碼文件。
• -o main 指定生成的可執(zhí)行文件名為 main。如果不寫 -o，默認(rèn)生成名為 a.out 的文件。

運(yùn)行程序：

./main

就這么簡單，一行命令搞定編譯和運(yùn)行，是不是挺方便？但這其實(shí)是“打包式”的操作，編譯和鏈接一起完成。如果你是剛?cè)腴T的初學(xué)者，可能還不知道 GCC 背后做了些什么。這時(shí)，我們可以試試 分步編譯，讓每一步變得更清晰。

3.2 分步編譯指令

分步編譯可以幫你更好地理解編譯器的工作流程。其實(shí)，GCC 編譯分為兩個(gè)主要階段（G++ 類似）：

1. 編譯階段：將源碼翻譯成機(jī)器能理解的中間文件（目標(biāo)文件，.o 文件）。
2. 鏈接階段：將目標(biāo)文件鏈接成最終的可執(zhí)行文件。

第一步：編譯源程序文件

運(yùn)行以下命令，將 main.c 轉(zhuǎn)換成目標(biāo)文件 main.o：

gcc -c main.c -o main.o

• -c 參數(shù)表示只編譯，不鏈接。
• main.o 是生成的目標(biāo)文件，雖然不能直接運(yùn)行，但它已經(jīng)包含了 main.c 的翻譯結(jié)果。

第二步：鏈接目標(biāo)文件

接下來，將目標(biāo)文件 main.o 鏈接成可執(zhí)行文件 main：

gcc main.o -o main

• 這一步不再使用 -c，而是使用 -o，因?yàn)槲覀円?GCC 把目標(biāo)文件鏈接成一個(gè)完整的程序。

運(yùn)行程序：

./main

同樣的輸出，經(jīng)過分步操作生成了結(jié)果，是不是感覺自己更專業(yè)了？

為什么要分步編譯？

你可能會(huì)想：“分兩步多麻煩啊，我直接一步編譯不就行了？”其實(shí)，分步編譯有它的優(yōu)勢：

• 更高的靈活性：當(dāng)項(xiàng)目中有多個(gè)文件時(shí)，你只需要重新編譯修改過的文件，其他部分可以直接復(fù)用之前生成的目標(biāo)文件（.o文件 ），大大提高效率。（下文會(huì)提到多個(gè)文件編譯的情況）
• 清晰的流程：每一步的工作職責(zé)都很明確，便于排查問題。例如，如果某個(gè)文件編譯不過，可以單獨(dú)解決，而不用從頭來過。

3.2 常用選項(xiàng)大盤點(diǎn)

• 加點(diǎn)料，讓錯(cuò)誤信息更清晰：

gcc -Wall -Wextra main.c -o main

-Wall：開啟常見警告（比如變量聲明但沒使用 -Wunused-variable  ）

-Wextra：開啟額外警告(如未使用函數(shù)參數(shù) -Wunused-parameter）

• 為調(diào)試準(zhǔn)備，加上調(diào)試符號(hào)：

gcc -g main.c -o main

-g：生成調(diào)試信息，方便用 GDB 調(diào)試。

• 編譯多個(gè)文件：

gcc file1.c file2.c -o program

多個(gè)源文件會(huì)一起編譯鏈接成一個(gè)可執(zhí)行文件。

• 優(yōu)化代碼(-O 系列)

讓程序更快？試試優(yōu)化選項(xiàng)：

-O0：不優(yōu)化（默認(rèn)）

gcc 默認(rèn)不會(huì)優(yōu)化代碼，生成的程序跟你寫的源代碼更接近。

啥時(shí)候用？

• 開發(fā)調(diào)試時(shí)，容易追蹤代碼邏輯。

編譯示例：

# 這兩個(gè)命令效果一樣
gcc hello.c -O0 -o hello
gcc hello.c -o hello

-O1：基礎(chǔ)優(yōu)化

會(huì)優(yōu)化掉無用代碼，讓程序稍微跑快一點(diǎn)，但調(diào)試依然友好。

啥時(shí)候用？

• 需要一點(diǎn)性能提升，但還得經(jīng)常調(diào)試代碼的時(shí)候。

編譯示例：

gcc hello.c -O1 -o hello

-O2：常用優(yōu)化（推薦！）

在 -O1 的基礎(chǔ)上，增加更多優(yōu)化，比如減少循環(huán)次數(shù)、改進(jìn)分支預(yù)測等。

啥時(shí)候用？

• 程序跑得還可以，但希望它跑得更穩(wěn)更快。適合大部分場景。

編譯示例：

gcc hello.c -O2 -o hello

-O3：更高級(jí)優(yōu)化

比 -O2 更激進(jìn)，開啟一些高級(jí)優(yōu)化，比如函數(shù)內(nèi)聯(lián)和向量化。

啥時(shí)候用？

• 追求極限性能的程序，比如科學(xué)計(jì)算、大型數(shù)據(jù)處理。但注意，有時(shí)候優(yōu)化過頭會(huì)導(dǎo)致兼容性問題（比如浮點(diǎn)運(yùn)算不準(zhǔn)）。

編譯示例：

gcc hello.c -O3 -o hello

總結(jié)：選擇適合的優(yōu)化級(jí)別

• 開發(fā)階段：-O0 或 -O1，方便調(diào)試。
• 生產(chǎn)環(huán)境：-O2 是最平衡的選項(xiàng)，跑得快又穩(wěn)。
• 極限性能：-O3 ，但要注意兼容性和精度問題。

根據(jù)場景選個(gè)合適的優(yōu)化級(jí)別，你的代碼就能跑得既穩(wěn)又快！

四、多文件項(xiàng)目的編譯

在實(shí)際項(xiàng)目中，代碼往往分成多個(gè)文件，比如：

• main.c
• utils.c
• utils.h

方法一：一次性編譯

gcc main.c utils.c -o my_program

優(yōu)勢：

• 簡單粗暴：一條命令搞定所有文件，適合小項(xiàng)目。
• 快速省事：文件少的時(shí)候，用起來方便快捷。

方法二：分步編譯再鏈接

gcc -c main.c -o main.o  
gcc -c utils.c -o utils.o  
gcc main.o utils.o -o my_program

優(yōu)勢：

• 效率高：只編譯修改過的文件，不用每次全編譯。
• 更靈活：大項(xiàng)目用分步編譯更好管理，還能配合自動(dòng)化工具用。

建議：

文件少就用方法一，文件多或者想提高效率就用方法二，兩個(gè)都得會(huì)，隨場景切換！

五、gcc 編譯流程深入解析：搞懂每一步

如果只知道用 gcc 編譯，算是入門；但要真正搞懂 gcc，必須了解它的四步工作流程。

5.1 預(yù)處理：先搞定頭文件和宏

gcc -E main.c -o main.i

• -E：只執(zhí)行預(yù)處理，輸出結(jié)果是 main.i。
• 預(yù)處理會(huì)替換 #include 的頭文件內(nèi)容，展開宏定義，去掉注釋。
• 打開生成的文件，你能看到“裸露”的預(yù)處理后代碼。

5.2 編譯：從人話到匯編

gcc -S main.i -o main.s

• -S：將預(yù)處理后的代碼轉(zhuǎn)成匯編代碼，結(jié)果是 main.s。
• 匯編代碼是介于高級(jí)語言和機(jī)器語言之間的一種語言，更接近機(jī)器。

5.3 匯編：把匯編轉(zhuǎn)成機(jī)器碼

gcc -c main.s -o main.o

• -c：只執(zhí)行編譯到匯編的這一步，生成目標(biāo)文件（main.o）。
• 目標(biāo)文件是二進(jìn)制的，但還不能直接運(yùn)行。

5.4 鏈接：生成可執(zhí)行文件

gcc main.o -o main

• 鏈接器負(fù)責(zé)將目標(biāo)文件和系統(tǒng)庫一起鏈接，生成最終的可執(zhí)行文件。

各文件內(nèi)容對(duì)比：

PS:   gcc 和 g++ 的用法及參數(shù)基本相同。要編譯 C++ 程序，只需把命令中的 gcc 換成 g++，比如編譯 main.cpp：g++ main.cpp -o main。C++ 程序的文件通常以 .cpp 為后綴，如 main.cpp。

六、調(diào)試?yán)鳎篏DB 上線了

寫代碼，最怕的是：程序掛了，但根本不知道為什么掛。這時(shí)，調(diào)試工具 GDB 就派上用場了。

6.1 用 gcc 編譯時(shí)加調(diào)試信息

gcc -g main.c -o main

• -g 選項(xiàng)主要是生成調(diào)試信息，方便用 GDB 調(diào)試。

6.2 常用 GDB 命令

• 1. 啟動(dòng) GDB：

gdb ./main

• 進(jìn)入 GDB 調(diào)試模式。

2. 設(shè)置斷點(diǎn)：

break <行號(hào)>

• 比如 break 10，在代碼第 10 行 設(shè)置斷點(diǎn) 。

3. 運(yùn)行程序：

run

• 運(yùn)行程序，停在斷點(diǎn)處。

4. 單步執(zhí)行：

• 單步執(zhí)行，不進(jìn)入函數(shù)

next

• 單步執(zhí)行，進(jìn)入函數(shù)。

step

選擇 next 跳過函數(shù)，step 進(jìn)入函數(shù)，按需使用即可！

5. 查看變量值：

print <變量名>

• 比如 print x，顯示當(dāng)前變量 x 的值。

6. 查看當(dāng)前代碼（上下文代碼）

• 查看當(dāng)前執(zhí)行位置的代碼：

list

默認(rèn)顯示當(dāng)前斷點(diǎn)附近的代碼。

• 指定顯示某行附近的代碼：

list <行號(hào)>

比如 list 20，顯示第 20 行附近的代碼。

7. 打印函數(shù)調(diào)用棧

• 查看調(diào)用棧信息：

backtrace

• 顯示當(dāng)前函數(shù)被哪個(gè)函數(shù)調(diào)用，調(diào)用者又是誰，一層層往上追溯。
• 對(duì)于分析崩潰點(diǎn)（coredump）特別有用。

8. 查看所有斷點(diǎn)

• 列出當(dāng)前所有斷點(diǎn)：

info breakpoints

可以看到每個(gè)斷點(diǎn)的編號(hào)、位置等信息。

9. 刪除斷點(diǎn)

• 刪除某個(gè)斷點(diǎn)：

delete <斷點(diǎn)編號(hào)>

比如 delete 1，刪除編號(hào)為 1 的斷點(diǎn)。

• 刪除所有斷點(diǎn)：

delete

10. 繼續(xù)運(yùn)行程序

• 從當(dāng)前斷點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行程序：

continue

• 程序會(huì)從當(dāng)前斷點(diǎn)繼續(xù)跑，直到遇到下一個(gè)斷點(diǎn)或結(jié)束。

11. 退出調(diào)試：

quit

七、常見問題排查

7.1 缺少頭文件

報(bào)錯(cuò)：stdio.h: No such file or directory

原因：簡單說，編譯器找不到 stdio.h 這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頭文件，可能是系統(tǒng)里沒裝編譯工具包，缺了開發(fā)相關(guān)的庫。

解決方法：

• 在 Ubuntu/Debian 系統(tǒng)上，安裝必備工具包：使用命令 sudo apt install build-essential    這會(huì)把 gcc、g++ 和相關(guān)頭文件都裝上。
• 在 CentOS/Red Hat 系統(tǒng)上，安裝開發(fā)工具：sudo yum groupinstall "Development Tools"這樣能確保編譯環(huán)境完整無缺。

7.2 “段錯(cuò)誤”

報(bào)錯(cuò)：Segmentation fault (core dumped)

原因：簡單說，程序想訪問一塊不該碰的內(nèi)存，比如：

• 用了“野指針”（指針沒初始化，隨便指向了某個(gè)未知地址）。
• 數(shù)組越界了，訪問了數(shù)組的第“10086”個(gè)元素，而數(shù)組長度只有 100 個(gè)。
• 使用了已經(jīng)釋放的內(nèi)存。

解決方法：

1、檢查指針和數(shù)組：

• 確保指針初始化，比如：

int *ptr ; 
*ptr = 10;  // 未初始化就賦值，肯定會(huì)報(bào)錯(cuò)：Segmentation fault (core dumped)

• 不要訪問超出數(shù)組范圍的元素，比如訪問 arr[10086]，而數(shù)組只有 100 個(gè)元素。
• 如果是動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配（malloc/free），檢查是否釋放了兩次。

2、用 GDB 調(diào)試：

• 編譯時(shí)加上 -g 參數(shù)生成調(diào)試信息：

gcc -g main.c -o main

• 然后用 GDB 跑程序：

gdb ./main
run

• 程序崩潰時(shí)，輸入：

bt

GDB 會(huì)告訴你出錯(cuò)在哪一行。

調(diào)試時(shí)別慌，找到那行代碼，慢慢改，段錯(cuò)誤就能搞定！

7.3 鏈接錯(cuò)誤

報(bào)錯(cuò)：undefined reference to '某函數(shù)'

原因：這句話的意思很簡單，你的代碼用到了一個(gè)函數(shù)，但是編譯器在鏈接階段找不到它的實(shí)現(xiàn)。可能是：

• 忘了加實(shí)現(xiàn)的文件：函數(shù)寫在另一個(gè) .c 文件里，編譯時(shí)沒有包含進(jìn)去。
• 漏了庫的鏈接：用到了外部庫的函數(shù)，但沒告訴編譯器要用哪個(gè)庫。
• 函數(shù)聲明沒問題，函數(shù)實(shí)現(xiàn)卻沒寫，編譯器不知道該去哪里找它。

解決方法：

• 如果函數(shù)是你自己寫的，確保編譯時(shí)包含了所有相關(guān)文件：

gcc main.c func.c -o main

沒加就補(bǔ)上！

• 如果是庫函數(shù)，比如用到了數(shù)學(xué)庫的 sqrt，需要鏈接對(duì)應(yīng)的庫，加上 -lm：

gcc main.c -lm -o main

這里的 -lm 表示鏈接數(shù)學(xué)庫（math library）。

• 檢查函數(shù)實(shí)現(xiàn)是否真的寫了！如果只是聲明了函數(shù)：

void my_function();

但實(shí)現(xiàn)忘了寫，肯定會(huì)報(bào)錯(cuò)。趕緊補(bǔ)上實(shí)現(xiàn)！

這個(gè)鏈接錯(cuò)誤其實(shí)很常見，仔細(xì)檢查文件和庫就能解決！

7.4 未定義的函數(shù)引用

報(bào)錯(cuò)：undefined reference to '某函數(shù)'

原因：簡單說，這個(gè)報(bào)錯(cuò)就是你的代碼用到了某個(gè)函數(shù)，但編譯器找不到它的實(shí)現(xiàn)。可能是你沒把實(shí)現(xiàn)的文件加到編譯命令里，或者用到了外部庫卻忘了鏈接。

解決方法：

1、如果是你自己寫的函數(shù)，確認(rèn)它的實(shí)現(xiàn)文件是否加到編譯命令里，比如：

gcc main.c func.c -o main

沒加就補(bǔ)上！

2、如果是用的庫函數(shù)，比如數(shù)學(xué)庫里的 sqrt，就加上對(duì)應(yīng)的庫鏈接，比如：

gcc main.c -lm -o main

這個(gè) -lm 是告訴編譯器“我要用數(shù)學(xué)庫”。

7.5 GDB 提示沒有調(diào)試信息

報(bào)錯(cuò)：No debugging symbols found

原因：這個(gè)報(bào)錯(cuò)意思很簡單：你的程序沒帶“調(diào)試信息”。GDB 說，“你讓我調(diào)試代碼，可你不給我地圖（調(diào)試信息），我咋知道問題在哪？”

解決方法：

編譯的時(shí)候記得加上 -g 參數(shù)，這是讓 GCC 幫你把調(diào)試信息打包進(jìn)去，比如：

gcc -g main.c -o main

這個(gè) -g 就是那個(gè)“地圖”。

然后再用 GDB 調(diào)試：

gdb ./main

這下 GDB 才知道代碼怎么走的，可以幫你查問題了！

八、總結(jié)：gcc/g++/gdb 不是魔法，用熟了像開掛

gcc/g++ 就像開發(fā)中的“瑞士軍刀”，功能全面卻不復(fù)雜，用熟了它們，開發(fā)效率會(huì)直線上升：

• 從編譯到優(yōu)化，輕松搞定，讓程序又快又穩(wěn)。
• 從調(diào)試到排錯(cuò)，有了 gdb，分析問題更加清晰直觀。
• 掌握了 gcc/g++ 和 gdb，任何 C/C++ 程序編譯調(diào)試都不在話下！

看完這篇文章，你是不是覺得 gcc/g++ 和 gdb 的用法更清晰了？趕緊上手操作一下吧，實(shí)踐是掌握工具的最快捷徑！

不過，項(xiàng)目復(fù)雜了，總手動(dòng)敲一長串的 gcc 命令是不是太麻煩了？