8 Некоторые средства разработки программ B распоряжении пользователей на Linux ферме ЛИТ имеется необходимый набор средств разработки программ. 8.1 Текущие версии компиляторов Для RedHat7.3 по умолчанию вызывается 2.96 20000731 версия компилятора Си. В командной строке: cc или gcc Расположение: /usr/bin/cc --> /usr/bin/gcc /usr/bin/c++ = usr/bin/g++ /usr/bin/f77 --> /usr/bin/g77 Соответствующий редактор связей (версия 2.11.93.0.2 20020207): /usr/bin/ld Поддерживается эмуляция: elf_i386 i386linux elf_i386_glibc21 Имеются также версии компилятора 2.95.2 и 3.2.3. Расположение: /usr/local/gcc-alt-2.95.2/bin/gcc /usr/local/gcc-alt-2.95.2/bin/c++=/usr/local/gcc-alt-2.95.2/bin/g++ /usr/local/gcc-alt-2.95.2/bin/g77 Соответствующий загрузчик: /usr/local/gcc-alt-2.95.2/lib/gcc-lib/i686-pc-linux-gnu/2.95.2/ld Расположение: /usr/local/gcc-alt-3.2.3/bin/c++=/usr/local/gcc-alt-3.2.3/bin/g++ /usr/local/gcc-alt-3.2.3/bin/g77 /usr/local/gcc-alt-3.2.3/bin/gcc Примечание: Для программ, скомпилированных компиляторами 2.95.2 и 3.2.3 версий, обычно перед выполнением программы необходимо определить переменную окружения: LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/gcc-<версия>/l.b Компилятор С - программа, выполняющая препроцессирование, компиляцию, ассемблирование и создание исполняемого кода. Работает с исходными файлами на языках C и C++, имеющими суффиксы: .c для исходного кода на языке C .C для исходного кода на языке C++ .cc для исходного кода на языке C++ .cxx для исходного кода на языке C++ .i для препроцессорного файла .h для препроцессорного файла .o для объектного файла .a для архивного файла Обращение к программам: gcc [ option | filename ]... ++ [ option | filename ]... Значение некоторых опций: -c создать только объектный файл (source.o) -o file создать загрузочный (выполняемый) файл с именем file, (по умолчанию создается файл с именем a.out) -llibrary при редактировании связей использовать библиотеку liblibrary.a -shared создать share-объект (разделяемый), который можно использовать для сборки с другими объектами и формирования исполняемого кода -Wl,option передать опции option редактору связей -Idir добавить каталог dir в список поиска каталогов, содержащих include_файлы (*.h) -Ldir добавить каталог dir с библиотеками в список поиска библиотек через опцию -l -Dmacro[=defn] передать препроцессору значение macro[=defn] -g создать информацию для отладки, в native-форматах: stabs, COFF, XCOFF, или DWARF, которую можно использовать при работе с gdb, GNU Debugger. Рекомендуемые форматы: gstabs+', `-gstabs', ` -gxcoff+', `-gxcoff', `-gdwarf+', или `-gdwarf' -pg генерация дополнительного кода (по умолчанию записывается в файл gmon.out) для анализа создаваемой программы с помощью gprof Компилятор g77 - программа компиляции с языка Fortran77. Исходные файлы: source.f,source.for, source.FOR Компиляторы С и g77 интегрированы. g77 - программа, вызывающая gcc с опциями, позволяющими распознавать код Fortran (ANSI FORTRAN 77, F77) Обращение: g77 [option | filename]... Значение некоторых опций: -c создать только объектный файл (source.o) из исходного ( source.f, .source.for, source.FOR ) -o file создать загрузочный файл с именем file (по умолчанию создается файл с именем a.out) -llibrary использовать библиотеку liblibrary.a при редактировании связей -Idir добавить каталог dir в список поиска каталогов, содержащих include- файлы (*.h) -Ldir добавить директорию dir в список поиска библиотек по ключу -l -O включить оптимизацию -g создать отладочную информацию для работы с отладчиком 8.2 Редактор связей ld Программа создания исполняемых модулей из объектных модулей, библиотек, перемещаемых данных, динамических библиотек: /usr/bin/ld Обращение: ld [options] objfile... Значение некоторых опций: -o output определяет имя исполняемого файла (по умолчанию используется a.out ) -Lsearchdir добавляет путь searchdir поиска библиотек -Olevel задает уровень level оптимизации выходного файл, где level есть число, соответствующее выбранному уровню оптимизации -lname - добавляет библиотеку libname.a (необходимую для создания исполняемого модуля ) -r для создания перемещаемого модуля -shared создать shared-библиотеку Пример: ld -o output /lib/crt0.o hello.o -lc В результате загрузчик создает выполнимый файл output, для создания которого подключаются библиотека libc.a и объектные модули /lib/crt0.o hello.o 8.3 Команды ar, ranlib, nm, ldd, strings Команда архивации ar - создание, модификация, извлечение данных архива, в том числе и библиотек. Расположение: /usr/bin/ar Обращение: ar [-X32_64] [-]options[mod [relpos] [count]] archive [member...] Значение некоторых опций: c - создать архив a - добавить новые файлы после существующих b - добавить новые файлы перед существующими d - стереть модуль в архиве q - добавить новые файлы в конец архива r - вставить новый файл с замещением существующего t - вывести таблицу содержимого архива x - извлечь файл из архива Команда ranlib - генерация индексов содержимого архива. Расположение: /usr/bin/ranlib Созданный список индексов хранится в этом же архиве. Обращение: ranlib [-v|-V] archive Команда nm -получение списка символов в архиве объектных файлов. Расположение: /usr/bin/nm Обращение: nm [options] [objfile...] Пример: nm -n libtiff.a | less получить список файлов библиотеки, отсортированных по адресам. Команда ldd - просмотр списка разделяемых библиотек, используемых программой. Команда strings - вывод на экран дисплея печатаемых (printable) строк исполняемого файла: strings [option(s)] [file(s)] 7.4 Утилита gprof Профилирование программ предоставляет простой и удобный механизм исследования выполнения программы с целью ее оптимизации. В ОС Linux для этих целей используется Unix утилита gprof - построение графа выполнения программы. Для каждой функции граф вызовов показывает: какие функции ее вызывали, какие функции вызывала она сама и сколько раз; а также, - сколько времени было затрачено на выполнение подпрограмм в каждой функции. Программа должна компилироваться с опцией -pg. Для построения профиля: Откомпилировать программу в режиме профилирования cc -pg -o prog prog.c f77 -pg -o prog prog.f Запустить программу на исполнение. После окончания выполнения программы будет создан файл gmon.out. Запустить команду gprof для генерации отчета gprof prog Более подробная информация: gprof --help man gprof 8.5 Отладчики GDB символьный отладчик GNU Отладчик GDB, или GNU Debugger, ориентирован на языки программирования C и C++, поддерживает Java, Chill, ассемблер, Модула-2, Фортран, может работать с Паскалем. Большую помощь отладчик может оказать в тех случаях, когда происходит прерывание программы по неизвестной причине с диагностикой - Abort (core dumped). Cхема процесса отладки программы: Компиляция программы с созданием отладочной информации >gcc -g -o имя_файла имя_файла.c >g77 -g -o имя_файла имя_файла.f Вызов отладчика >gdb [опции] [имя_файла | ID процесса] Размещение точки прерывания ( в среде gdb подсказка: (gdb) ) (gdb)break Запуск задачи в среде отладчика (gdb)run Вывод значений переменных на экран (gdb)print var Печать массивов на экране (с диапазоном элементов) (gdb)print vec(5:13) Выход из программы gdb (gdb)quit При компиляции программы для отладки с ключом -g в объектном файле генерируется отладочная информация. Можно при компиляции добавлять и ключ -O, но нежелательно, поскольку оптимизация перестраивает исходный код и нумерация строк изменится. Вывод на экран списка опций: >gdb -help Можно запустить gdb без вывода пугающего начального сообщения, предупреждающего об отсутствии гарантии на него, указав опцию -silent: >gdb -silent Подробная справочная информация находится во внутреннем help файле программы: (gdb) help короткий список именованных классов команд (gdb) help команда справка по указанной команде (gdb) show описание состояния самого gdb; можно изменить почти все, что показывает show, используя соответствующую команду set. (gdb) help info справка о выводе информации о состоянии процессов, памяти, регистров результате выполнения команд (gdb) apropos арг команда apropos производит поиск по регулярному выражению, заданному в арг, во всех командах gdb и их документации. (gdb) complete арг команда complete перечисляет все возможные завершения для начала команды; арг - задание начала команды Названия команд могут быть сокращены. Введение пустой строки с Enter означает повтор команды. Нажатие клавиши TAB позволяет дополнить оставшуюся часть слова команды. Если при запуске gdb имя исполняемого файла не было указано, то указать его можно командой file в среде отладчика: (gdb)file имя_файла Команда list пролистает на экране 10 строк исходного кода: (gdb)list Если никаких точек останова не определено, то программа выполнится с сообщением отладчика: (gdb) run Starting program: test Program exited normally (gdb) Остановка программы до ее завершения для выяснения причины нарушений в ее работе производится на размещенных в программе точках прерывания. Разрешается устанавливать любое число точек прерывания в одном и том же месте программы. Имеется три типа точек останова: Breakpoints остановка происходит, когда выполнение доходит до определенной строки, адреса или процедуры/функции Watchpoints точки просмотра. Срабатывает, если программа обратилась к определенной переменной - либо считала ее значение, либо изменила его. Catchpoints точки перехвата. Приостановка происходит при определенном событии (например, получение сигнала). (gdb) break - установить точку останова на текущей строке (gdb) break function - точка останова на входе в функцию function (gdb) b номер_строки - краткий вариант команды; остановка на строке (gdb) b *адрес - полезно для тех частей программы, которые не имеют отладочной информации - указывается адрес точки останова (gdb) b [arg] if условие - arg может быть и номер_строки, и *адрес, и именем функции и т.д. Останов произойдет при выполнении условия (true) Можно оперировать также и следующими контрольными точками: -наблюдения - rwatch, awatch -наблюдения - rwatch, awatch rwatch - выполнение приостанавливается каждый раз, когда программа считывает значение указанной переменной awatch - выполнение приостанавливается каждый раз, когда программа обращается к указанной переменной, как для считывания, так и для записи - перехвата - catch, tcatch Справка по команде break (и аналогично для всех типов прерываний): (gdb) help break Информация об установленных точках: (gdb) info breakpoints (gdb) info break (gdb) info watchpoints (gdb) maint info breakpoints - для отображения точек, которые gdb сам иногда устанавливает в программе для специальных целей, таких, как правильная обработка longjmp (в программах на Си). Этим внутренним точкам останова присваиваются отрицательные номера, начиная с -1; info breakpoints не отображает их. Предусмотрены операции с установленными точками: clear, delete без аргументов и с аргументами disable, enable отключить/включить точку condition задание условия останова ignore устанавливает счетчик игнорирования точки останова После размещения точек останова, программа запускается командой: (gdb) run - запуск программы в среде отладчика (сокращенно - r) (gdb) run > output_file - запуск с перенаправлением Далее выполнение программы приостанавливается на отмеченной точкой прерывания строке с сообщениями: - причина прерывания - номер строки, где это произошло - текст этой строки Есть возможность подать любой точке останова (наблюдения или перехвата) набор команд, которые будут выполняться при остановке программы. Команды заключаются в скобки операторов commands и end: (gdb) break foo if x>0 (gdb) commands (gdb) silent (gdb) printf "x is %d\n",x (gdb) cont (gdb) end вывод величины x на входе в foo, когда x положительна; без вывода сообщения об остановке на точке. После принудительного останова программы применяется пошаговое выполнение с помощью команд: (gdb) step - шаг по инструкциям с заходом внутрь функций. (gdb) next - шаг по инструкциям, но вызовы функций, которые появляются внутри строки кода, выполняются без остановки. Команды продолжения: continue - до следующей точки останова finish - до момента выхода из текущей процедуры until - пока не будет достигнута строка с определенным номером stepi - выполняется только одна инструкция в строке nexti - аналогична stepi, но вызовы процедур трактуются как одна инструкция Команды проверки состояния процессов, переменных, памяти и т.д: - Информация о состоянии программы: выполняется она или нет, каким процессом она является и почему остановлена: (gdb) info program - Исследование стека; арг может быть либо адресом, либо номером: (gdb) frame арг - Получение информации: (gdb) info frame - вывод текущего значения переменной (выражения). (gdb) print выражение Вместо многократного ввода команды print полезно использовать команду display. - аргумент (переменная или выражение) станет выводиться при каждой остановке программы (при попадании на точку останова, при пошаговом выполнении командами step и next): (gdb) display аргумент Выход из программы: (gdb) quit или Ctrl+c Замечания Для Паскаля В командах gdb имена функций и переменных указываются в верхнем регистре. Для Фортрана Чтобы увидеть исходный код на экране, предлагается: - перед компиляцией назвать головную процедуру именем MAIN__ - компиляцию проводить с той же опцией -g - находясь в среде отладчика, первую точку прерывания поставить на первую строку: (gdb)break MAIN__ - язык программирования опознается автоматически, о чем будет выдано сообщение. Не рекомендуется принудительно выставлять рабочий язык для отладчика, хотя для этого и существует команда (gdb)set language Отладчик с визуальным отображением данных DDD DDD, или Data Display Debugger - графический интерфейс для работы с целым набором консольных отладчиков (gdb, dbx, ladebug, xdb, jdb, perl и т.д). Для его работы необходима среда X-window и компиляция программы с такой же опцией -g для создания отладочной информации. По умолчанию настроен на gdb, что можно изменять в настройках программы. Запуск командой: ddd [your_program][&] Отладчик начинает работать с открытия основного окна, в которое загружается код программы. Если при работе с фортран-программами в основном окне не появится текст головной программы, в верхнем окне следует исправить имя головной функции на MAIN__. DDD - это и традиционные функции отладки, имеющиеся в подчиненных отладчиках, и некоторые дополнительные возможности: графическое отображение структур данных, автоматическое переключение между многими файлами с исходным кодом и удобный просмотр всего кода программы. DDD позволяет с помощью мыши расставлять точки останова и просматривать значения переменных наведением на них указателя мыши. В нижнем окне остается доступным командный режим работы с отладчиком. DDD обрабатывает данные в массиве, обращается к Gnuplot и добавляет к окну графика Gnuplot свою полоску меню, которая позволяет изменять внешний вид картинки. Вместе с Gnuplot DDD строит графики двух типов числовых значений: одномерные массивы изображаются в двумерном пространстве; двумерные массивы изображаются в трехмерном пространстве.