g++ 和 gdb 的使用方法介绍

CPP 编译流程

预处理 -> 编译 -> 汇编 -> 链接

预处理

删除注释，并处理所有的以 # 开头的预处理指令，进行文本层面的替换与扩展

最终得到的 main.i 是替换后的纯 C++ 文本

g++ -E main.cpp -o main.i

编译

将 C++ 文本编译为相应平台（CPU 可读）的汇编指令

g++ -S main.i -o main.s

汇编

使用汇编器将汇编代码转为机器码（不可执行，可能缺少系统库，内存也不是真的内存）

g++ -c main.s -o main.o

链接

将多个目标文件以及系统静态库，动态库合并，形成完整地址布局的二进制文件

g++ main.o -o main

编译常用参数

输入和输出文件 -o，-c

• -o：指定输出文件名

• -c：将指定文件编译为临时机器码，如 g++ -c main.cpp -o main.o

注意如果是直接得到可执行程序，不需要加 -c

g++ main.cpp -o main

指定头文件所在目录 -I

一般情况下编译器会直接在源代码的同一级目录找头文件，当用 -I 指定头文件目录后，编译器就可以在指定目录找头文件，

g++ -I./include src/main.cpp -o main

如果有多个头文件目录（如有第三方库）

g++ -I./include -I./third_party/spdlog/include src/main.cpp -o main

指定库文件 -L/-l

一般情况下，如果要用到链接库，（Linux 系统）会直接到 /usr/lib 或 /lib 目录下寻找

如果链接库不在这里，就需要手动指定链接库目录

g++ main.o -L./third_paty/lib -o main

在 Linux 中，库名一般是 lib<动态库名>.so/lib<静态库名>.a，在给 -l 传参数时，必须省去开头的 lib 和结尾的后缀

实际库名	-l 参数	含义
libm.so/libm.a	-lm	链接数学库
libpthread.so	-lpthread	链接 POSIX 线程库
libssl.so	-lssl	链接 OpsnSSL 库

比如项目的目录为

my_project/
├── lib/
│   └── libcalculator.so  <-- 动态库文件
└── src/
    └── main.cpp          <-- 源码

g++ src/main.cpp -L./lib -lcalcualtor -o main

如果存在同名的动态库和静态库，会优先使用静态库

但是可以通过，-Wl,-Bstatic 和 -Wl,-Bdynamic 指定后面使用静态库/动态库

g++ main.c -Wl,-Bstatic -lfoo -Wl,-Bdynamic -lbar

pkg-config

对于第三方库，比如 Qt6Widgets，可以利用系统自带的 pkg-config 命令查找需要引入的头文件文件夹和库文件文件夹

pkg-config --cflags --libs Qt6Widgets

--cflags 表示查找头文件文件夹，--libs 表示查找库文件文件夹，输出如下

-I/usr/include/qt6/QtWidgets -I/usr/include/qt6 -DQT_WIDGETS_LIB -I/usr/include/qt6/QtGui -DQT_GUI_LIB -I/usr/include/qt6/QtCore -DQT_CORE_LIB -I/usr/lib/qt6/mkspecs/linux-g++ -lQt6Widgets -lQt6Gui -lQt6Core

一般来说，我们可以这样使用

g++ main.cpp `pkg-config --cflags --libs Qt6Widgets` -o main

使用 ldd 工具可以查看所有链接的库

ldd main

此外，如果要查看所有的包，可以使用

pkg-config --list-all

指定 C++ 语言标准 -std=

std=c++11 表示使用 C++11 标准，类似的还有 c++14,c++17,c++20,c++23

以上这些都是 ISO C++ 标准，如果要使用 GCC 特有的标准，可以使用 gnu++17 等

添加警告 -Wall -Wextra -Wpedantic

• -Wall：即 Warning All，开启最常用的基础警告

  • if (x == 0) 写成了 if (x = 0) -Wparentheses
  • 定义了但从未使用的变量 -Wunused-variable
  • 有返回值的函数没写 return -Wreturn-type

• -Wextra：在 -Wall 的基础上开启更深层的警告

  • 有符号整型和无符号整型比较 -Wsign-compare
  • 函数定义了形参但是未使用 -Wunused-parameter
  • if-else 分支体为空 -Wempty-body
  • 结构体或类初始化时遗漏部分字段 -Wmissing-field-initializers

• -Wpedantic：严格遵守 ISO C/C++ 标准

  • 使用了变长数组（VLA）
  • 使用了 0 长度的数组
  • 使用了当前标准已废弃的语法

这些只是警告，仍然可以编译（只是在编译时显示警告）

使用 -Werror 可以将警告上升为错误（可以用 echo &? 查看退出码）

启动 gdb

如果要使用 gdb 调试，在编译源码时最好加上 -g 参数

g++ -g main.cpp -o main

这个参数可以使得调试器能够查看源代码，方便我们调试

然后就可以用 gdb 调试了

gdb main

使用 gdb

断点

添加断点

类型	语法	示例
按行号	b <line>/b <file>:<line>	b 5/b main:5
按函数名	b <function>/b <class>::<function>	b main
按条件	b <line/function> if <condition>	b 4 if i == 100

注意添加断点是断在执行当前语句之前

查看所有断点

info break

(gdb) info break
Num     Type           Disp Enb Address            What
1       breakpoint     keep y   0x0000000000001195 in func() at gdb_test.cpp:4
2       breakpoint     keep y   0x00000000000011f0 in main() at gdb_test.cpp:11

删除断点

使用 d <n> 删除对应编号的断点，编号可以通过 info break 查看

直接输入 d 会清空所有断点

启用/禁用断点

diable <n>
enable <n>

观察数据点

当某个变量或内存地址发生改变时自动暂停程序

watch variable

控制运行

使用 run/r 可以从头开始调试，使用 kill/k 可以终止当前正在调试的程序

指令	缩写	行为
next	n	单步执行（不进入函数）
step	s	单步执行（进入函数）
continue	c	恢复程序正常运行，直到遇到下一个断点
finish	f	运行至当前函数结束
until	u	运行至指定位置（行）/跳出循环

直接回车默认执行上一条命令

start 也可以启动调试，只不过 start 会默认在 main 函数打一个断点，然后执行 r

使用 list 可以显示源码的上下文

输出变量和内存地址

使用 print/p 即可输出变量的值

p val

• p/x val 按十六进制输出

• p/t val 按二进制输出

• p/c val 按字符输出

使用 display 可以在每次单步执行后自动打印该变量

display val

使用 info display 可以查看所有监视项

如果要查看内存，直接用取地址运算符 & 即可

p &val

直接查看裸内存

x/<n><f><u> <pointer>

• <n> 要查看的单元数量

• <f> 格式 x 十六进制 d 十进制 s 字符串 i 汇编指令

• <u> 单位大小 b 1字节 h 2字节 w 4字节 g 8字节

示例

• x/5dw arr 查看从数组 arr 开头的连续 5 个 4 字节的十进制整数

• x/4xb &val 按 1 字节独立打印 val 占用的 4 字节

• x/s std_ptr 将 str_ptr 当作 C 风格字符串打印直到遇到 \0 结束

查看栈调用

使用 bt 可以查看栈调用

(gdb) bt
#0  func () at gdb_test.cpp:6
#1  0x00005555555551f5 in main () at gdb_test.cpp:13

• bt full 查看完整的调用栈信息

• bt <N> 打印最内层的 N 个栈帧

• bt -<N> 打印最外层的 N 个栈帧（和 main 靠近的）

gdb 调试流程

1. 现象：捕获与还原现场，用 run 跑出控制台输出

2. 根因：精准定位漏洞源头，使用 bt 查调用栈和局部变量，x/p 查看内存和指针合法性

3. 修复：编写并应用修复代码

4. 回归：验证生效且无侧效应

nm 工具

nm 是 Linux 下一个用来查看二进制文件符号表的命令行工具

可以用来查看在目标文件（.o）、静态库（.a）、动态库（.so）以及可执行程序中的函数和全局变量

当运行 nm nmTest.o 时，每一行通常包含三列

地址/偏移量        类型代码  符号（函数名或变量名）
0000000000000000 T        _Z3addii

类型代码

大写一般表示全局/外部符号，即可以被其他文件或库引用的符号，小写一般表示静态/内部符号，即今在当前文件可以被访问的符号

代码	全称含义	内存区域	常见对应的代码
T/t	Text	代码段	普通函数定义，T 为全局函数，t 为静态函数
U	Undefined	不占用空间	当前文件只调用该符号，但是没有实现，等待链接器在外部补齐
D/d	Data	已初始化的数据段（.data）	初始值不为 0 的全局变量或静态变量
B/b	BSS	未初始化的数据段（.bss）	未初始化或初始化为 0 的全局变量或 static 变量
R/r	Read-Only	只读数据段（.rodata）	const 全局变量、字符串字面量
W/w	Weak	代码段/数据段	常见于 inline 函数或模板实例化，允许多处定义且不报冲突
C	Common	未初始化公共段	未初始化的 C 风格全局变量（在最终链接阶段会被合并并转入 BSS 段）

#include <iostream>

const int g_const_val = 100;     // R : 全局 const 变量 -> 只读数据段 (Read-Only)
int g_init_val = 1;              // D : 已初始化且非零 -> 数据段 (Data)
int g_zero_val = 0;              // B : 初始化为零 -> BSS 段
int g_uninit_val;                // B : 未初始化 -> BSS 段 (或 C)

static void inner_func() {}      // t : static 函数 -> 局部代码段 (小写 t)
void global_func() {}            // T : 普通全局函数 -> 全局代码段 (大写 T)

inline void inline_func() {}     // W : 内联函数 -> 弱代码段 (Weak)

void test() {
    std::cout << "Hi";           // U : std::cout 等外部符号 -> 未定义 (Undefined)
}

常用参数

• -C：还原 C++ 名字（即将列出的符号部分的“乱码”翻译为 C++ 变量名/函数名）

• -u：只看未定义符号

• -g：只显示全局/外部符号

• -D：查看动态符号表，一般用来查看 .so 文件

• -A：显示所属文件名