A.3　编译器和调试器

既然编译器和调试器都是程序，执行方法和普通程序大致相同。在安装时，系统会自动把编译器和调试器程序所在路径加到搜索路径中，因此在执行时不必像./gcc这样加上路径名。

A.3.1　gcc的安装和测试

尽管在现场比赛中，编译器都已安装好，但如果平时练习，一般需要自己安装。如果使用Linux，在安装操作系统时即可选择安装gcc、g++、binutils等包，但若要在Windows中使用C/C++语言，需要手工安装编译器。

本书推荐使用MinGW环境下的gcc，它的好处是和Linux下的gcc一致性较好，而且是免费的。可以到www.mingw.com中下载最新的安装包，然后在安装时选择g++编译器。

安装完毕后，在命令行中执行gcc命令。如果显示gcc: no input files，则安装成功；如果提示不存在这个命令，可能是因为没有把gcc所在目录加到搜索路径中。可以双击控制面板的“系统”图标，并在“高级”选项卡中设置环境变量。在“系统变量”中找到“PATH”(大小写无所谓)，它就是可执行程序的搜索路径。请在它的最后加入MinGW安装路径的bin子目录，如C:\MinGW\bin(在安装时记住MinGW的安装路径)，保存后重新启动命令行，gcc就应该可以正常工作了。

A.3.2　常见编译选项

先建立一个test.c，试试常见的编译选项。

#include<stdio.h>
main()
{
  int a, b;
  scanf("%d%d", &a, &b);
  int c = a+b;
  printf("%d%d\n", c);
}

编译一下，命令为gcc test.c。程序没有输出，代表一切均好。检查目录(Windows下用dir，Linux下用ls)，会发现多了一个a.exe(Windows)或a.out(Linux)，这就是程序的编译结果。

gcc test.c-o test命令会让编译出的可执行程序名为test.exe(Windows)或test(Linux)。这样，就能用test(Windows)或./test(Linux)方式运行程序。

也许读者已经看出了上述代码中的一些问题，不过当程序更加复杂时，人眼就不一定能快速找到错误了。在这样的情况下，编译选项能起作用：gcc -test.c -o test -Wall。这次，编译器指出了3个警告：main函数没有返回类型、没有返回值、printf的格式字符串可能有问题。还可以进一步用-ansi-pedantic，它会检查代码是否符合ANSI标准(-ansi只是判断是否和ANSI冲突，而-pedantic更加严格)。它进一步指出了上述代码中的另外一个问题：ANSI C中不允许临时声明变量，而必须在语句块的首部声明变量。

在C语言中，另一个常用的编译选项是-lm，它让编译器连接数学库，从而允许程序使用math.h中的数学函数。C++编译器会自动连接数学库，但如果程序的扩展名是.c，且不连接数学库，有时会出现意想不到的结果。

另一个有用的选项是-DDEBUG，它在编译时定义符号DEBUG（可以换成其他，如-DLOCAL将定义符号LOCAL），这样，位于#ifdef DEBUG和#endif中间的语句会被编译。而在通常情况下，这些语句将被编译器忽略（注意，不仅是不会执行，连编译都没有进行）。

可以用-O1、-O2和-O3对代码进行速度优化。一般情况下，直接编译出的程序比用-O1编译出的程序慢，而后者比-O2慢。尽管理论上-O3编译出的程序更快，但由于某些优化可能会误解程序员的意思，一般比赛中不推荐使用。另外，如果你的程序中有一些不确定因素(如使用了未初始化的变量)，运行结果可能会和编译选项有关——用-O1和-O2编译出的程序也许不仅是速度有差异，答案甚至都有可能不同！当然，这种情况出现的前提是程序有瑕疵。如果是一个规范的程序，运行结果不会和优化方式有关。

既然编译选项可以影响程序的行为，在正规比赛中，组织方应提前公布编译选项。如果没有公布，选手最好尽早询问。

A.3.3　gdb简介

gdb尽管只是一个文本界面的调试器，但功能十分强大。不管是Linux和Windows下的MinGW，gcc和gdb都是最佳拍档。

gdb的使用方法很简单——用gcc编译成test.exe之后，执行gdb test.exe即可。不过，如果要用gdb调试，编译时应加上-g选项，生成调试用的符号表。

接下来使用l命令，将看到部分源程序清单。如果用l 15，将会显示第15行（以及它前后的若干行）。除此之外，还可以用函数名来定义，如l main将显示main函数开头的附近10行。如果不加参数执行l，将显示下10行；list -将显示上10行。所有这些操作都可以用help list命令来查看。gdb中的命令可以简写（例如list简写成l），大家可以多尝试（提示：试一下命令的前若干个字母）。

运行程序的命令是r(run)，但会一直执行到程序结束。如何让它停下来呢？方法是用b(break)命令设置断点。例如，b main命令将在main函数的开始处设置一个断点，则用r命令执行时会在这里停下来。如果想继续运行，请用c(continue)命令，而不是继续用r命令。和list命令类似，b命令既可以指定行号，也可以在指定函数的首部停下来。笔者在调试很多程序时都是以命令b main和r开头的。

如果希望逐条语句地执行程序，不停地用b和c命令太麻烦。gdb提供了一些更加方便的指令，其中最常用的有两个：next(简写为n)和step(简写为s)。其作用都是执行当前行，区别在于如果当前行涉及函数调用，则next是把它作为一个整体执行完毕，而step是进入函数内部。尽管n和s都只有一个字母，但有时还是稍显繁琐。在gdb中，如果在提示符下直接按Enter键，等价于再次执行上一条指令，因此如果需要连续执行s或者n，只需要第一次输入该命令，然后直接连按Enter键即可。另外，和命令行一样，可以按上下箭头来使用历史记录。

另一个常用命令是until（简写为u），让程序执行到指定位置。例如，u 9就是执行到第9行，u doit就是执行到doit函数的开头位置。

停下来以后便打印一些函数值，看看是否和想象的一致。用p(print)命令可以打印出一些变量的值，而info locals(可以简写为i lo)可以显示所有局部变量。如果希望每次程序停下来，则可以用display(简写为disp)命令。例如，display i+1就可以方便地读取i+1的值。它往往和n、s和u等单步执行指令配合使用。如果需要列出所有display，可以用info display(简写为i disp)；还可以删除或者临时禁止/恢复一些display，相应的命令为delete display(d disp)、disable display(dis disp)和enable display(en disp)。类似地，也可以根据断点编号删除、禁止和恢复断点，还可以用clear(cl)命令，像b命令一样根据行号或者函数名直接删除断点。

在多数情况下，灵活运用上述功能已经能高效地调试程序了。下面把涉及的命令列出，供读者参考，如附表A-2所示。

附表A-2　gdb常见命令

如果对上述解释有疑问，可输入help以获得详尽的帮助信息。

A.3.4　gdb的高级功能

gdb的功能远不止刚才所讲述的那些。尽管很多功能是专为系统级调试所设，但还有很多功能也能为算法程序的调试带来很大方便。

首先是栈帧的相关命令，其中最常用的是bt，其他命令可以通过help stack来学习。接下来是断点控制命令。commands(comm)命令可以指定在某个断点处停下来后所执行的gdb命令，ignore(ig)命令可以让断点在前count次到达时都不停下来，而condition则可以给断点加一个条件。例如，在下面的循环中：

10 for(i = 0; i < n; i++)
11 printf("%d\n", i);

首先用b 11设置断点(假设编号为2)，然后用cond 2 i＝＝5让该断点仅当i＝5时有效。这样的条件断点在进行细致的调试时往往很有用。

另外，gdb还支持一种特殊的断点——watchpoint。例如，watch a（简写为wa a）可以在变量a修改时停下，并显示出修改前后的变量值，而awatch a（简写为aw a）则是在变量被读写时都会停下来。类似地，rwatch a(rw a)则是在变量被读时停下。

最后需要说明的是，gdb中可以自由调用函数（不管是源程序中新定义的函数还是库函数）。第一种方法是用call命令。例如，如果想给包含10个元素的数组a排序，可以像这样直接调用STL中的排序函数call sort(a, a+10)。

遗憾的是，如果真的做过这个实验，会发现刚才所说完全是骗人的。gdb会显示不存在函数sort。怎么会这样呢？如果学过宏和内联函数就会知道，很多看起来是函数的却不一定真的是函数，或者说，不一定是调试器识别的函数。为了在gdb中调用sort，可以将它打包：

void mysort(int*p, int*q)
{
    sort(p, q);
}

这样，就可以用call mysort(a, a+10)来给数组a排序了。print、condition和display命令都可以像这样使用C/C++函数。例如，可以用p rand()来输出一个随机数，或是专门编写一个打印二叉树的函数，然后在print或者display命令中使用它，还可以编写一个返回bool值的函数，并作为断点的条件。

至此是不是觉得gdb很强大呢？注意，过分地依赖于gdb的调试功能让敏锐的直觉变得迟钝。事实上，笔者建议读者尽量只使用A.3.3节提到的基本功能，甚至尽量不要使用gdb——用输出中间变量的方法，加上直觉和经验来调试算法程序。如果是这样，编程速度和准确性将大大提高。