Cコンパイラ，デバッガ

1 コンパイラ

1. プリプロセッサ
   ソースプログラム中のコメントアウトを除去したり，#で始まる行 (#define, #include, #ifdef)などを処理します．
   
2. コンパイラ本体
   1.で生成されたファイルからアセン ブリ言語ソースファイルに変換します．アセンブリ言語とはシステムの プロセッサが実行することができる命令でプログラムを作成する言語で す．アセンブリ言語はシステムに依存します．アセンブリ言語ソースファ イルは，テキスト形式であるのでシステムのアセンブリ言語を勉強すれ ば読むことは可能です．
   
3. アセンブラ
   2.で生成されたアセンブリ言語ソースファイルを機械語 で表したオブジェクトファイルに変換します．オブジェクトファイルと は，アセンブリ言語ファイルの文字列をすべて0か1の数字の並びに置き 換えてバイナリ形式にしたファイルのことです．
   
4. リンカ
   最終的に，プログラムを実行できるようにするためにオブジェクトファ イルから，ロードモジュールを生成します．ロードモジュールとは複数の オブジェクトファイルやライブラリが結合されて実行可能となったもの です．
   

1.1 gcc, g++ コンパイラの使い方

gccはC言語用，g++はC++言語用コンパイラです．以下 gccを用いてコンパイル方 を説明するが g++ でも同様に使用できる．sample.cというCプログラムソー スファイルをコンパイルするときは以下のようにします．

  % gcc sample.c

このようにすると，a.outという実行ファイルが作成される．ここでは，上で 述べた1．から4．までの処理をすべて行っている．gccではオプションを付け るか，コンパイルエラーがでない限り，リンカまでの処理をすべて行う．
実行ファイル名をa.out以外の名前にしたい場合は以下のように -o オプション を付けてコンパイルします．

  % gcc sample.c -o sample

ソースプログラムをコンパイルして出来た実行ファイルを実行する場合は，以下 のようにします．(ここで実行ファイルの名前は sample とします)

  % ./sample

• -E
  プリプロセッサ処理のみを行う．

    % gcc -E sample.c
  

  とすると，ソースファイル sample.cのコードに対してプリプロセッサ処理を 行った結果のコードを標準出力に出力します．
  

• -S
  コンパイル処理までを行う．アセンブル言語ソースファイルを生成．

    % gcc -S sample.c
  

  とすると，ソースファイル sample.cのコードをアセンブリコードに変換 したファイル sample.sを生成します．
  
• -c
  アセンブル処理までを行う．オブジェクトファイルを生成．

    % gcc -c sample.c
  

  とすると，ソースファイル sample.cをコンパイルして，オブジェクトファ イル sample.oを生成します．
  

• -v
  標準エラー出力に，コンパイル時に実行したコマンドと Versionを 表示す．
  
• -Wall
  いろいろな場合の警告を表示す．詳細については manを見てくださ い．
  
• -g
  デバッガを使ってデバックを行う場合にこのオプションを使用する．
  

1.2 コンパイルエラーの対処法

コンパイルを行うと必ずと言っていいほどエラーがでます．エラーに対処するに は，エラーがでている場所と，どうしてエラーがでているかをつきとめなければな りません．コンパイラはエラーがでている場所を教えてくれて，それがどういう エラーかも教えてくれます．ただしコンパイラが正確にエラーの場所と種類を教 えてくれるとは限りません，エラーの場所とその内容を探すには，経験が重要で す．以前に見たことがあるエラーならば，それの対処法はだいたいわかります． これからコンパイルエラーの例を挙げて，コンパイルエラーの意味と対処法を説 明します．
以下のようなC言語のソースファイルを sample.c とします．(左端の数字は行番 号を表していて実際のファイルには存在しません．)

1.  int main(){
2.    int i = 3;
3.    int j = 5;
4.    k = i + j;
5.  }

このソースをコンパイルすると以下のようなエラーがでます．

mine@eric[src]% gcc sample.c -o sample
sample.c: In function `main':
sample.c:4: `k' undeclared (first use in this function)
sample.c:4: (Each undeclared identifier is reported only once
sample.c:4: for each function it appears in.)

• このエラーの1行目は，sample.c ファイルの main関数の中でエラーがで たことを示している．
• このエラーの2行目は，sample.c の4行目でエラーがでていて，そのエラー の内容は，変数 kが宣言されていないということである．
• 3行目と4行目はエラーの補足である．(宣言されていない変数のエラーの 表示はその関数の中で初めて現れた1度目しか報告しません)

このように，コンパイラはエラーコードのファイル名と場所，その内容を教えて くれるのでそれを見て，ソースファイルを修正すればよい．この場合は，変数 k を宣言すれば，コンパイルエラーは解決される．

2 デバック

コンパイルができてプログラムが実行できも，最初から快調に動くことはまずあ りません．大規模なプログラムになればなるほどこの事はよく当てはまります． つまり，コードの中にバグがあるのです．デバックとはこのバグを 見つけ出し，バグを直すことを言います．

2.1 バグの再現

バグが起ったらそのバグは，どういった場合に発生するのかを詳しく突き止める 必要がある．たとえば，ある入力を与えるプログラムならば，どのような入 力のときにバグが起るかを突き止めます．そうすることにより，バグを再現しな がらデバックすることが簡単になる．
また，バグを見つけると，そこの コードを変更するわけですが，自分がここが怪しいと思ってコードを書き直して も，バグが無くなるとは限りませんし，もしかしたらもっとひどいバグになるか も知れません．またコードを書き直したら，違うバグがでてきたということもあ ります．ですから，バグがあってそのコードを書き直すときは，ソースのバッ クアップを取ることによりバグを再現できるようにしてください．そうすること で，違ったバグがでてきたとしてもソースを見比べたり，実行結果を比較するこ とによりバグの箇所がわかることがあります．また，ソースのバックアップを取っ ておくことは，大規模なプログラムをデバックしていてどこをどう変更したかわ からなくなったときなどにも役に立ちます．

2.2 自己検証コード

バグの場所を見つけるのに，一番簡単な方法はいろいろな情報を出力させること です．例えば，プログラムが途中で止まってしまうときなどには，どこまでプ ログラムが動いているかを知ることが重要です．そこで，プログラム中にメッセー ジを表示させるコードをいくつか書いて，実行中にどのメッセージが表示された かを見ることにより，プログラムの停止箇所がわかります．また，値を計算する するプログラムの解がおかしな値になっていたとしたら，計算途中の値などを表 示させることも有力な手がかりとなる．多くのバグは，簡単なプログラミン グのミスから生じますので，バグの場所がわかれば，ほとんどの場合バグは簡単 に解決します．

2.3 デバッガ

デバッガとは，デバックの手助けをしてくれるツール．デバッガを使うと， プログラムを1行づつ実行したり，特定の行でプログラムを停止することができ ます．また実行を停止した時点での変数の値や関数に評価されたあとの値などの情 報も見ることができる．デバッガを使ってプログラムを実行しているときにプロ グラムが異常終了すると，デバッガはその位置を覚えていてくれて，どこでプログ ラムが停止したかを即座に知ることができる．デバッガはこのような高度な機 能を持っているので，デバッガを使うことによりデバック作業の効率は大幅に増 加します．
デバッガもコンパイラと同様で，言語やマシンに依存したものです．またデバッ カはコンパイラにも依存します．gccでコンパイルしたものは gdbというデバッ ガが使える．Solarisの CCコンパイラでコンパイルしたものだったら dbxとい うデバッガが使用できる．以下，gdbの使い方について説明する．

2.4 gdb(デバッガ)の使い方

gdbは以下のようにして使う．

% gdb sample

gdbを起動します．起動後は プロンプト に(gdb)と表示される．ここでsampleは，実行ファイ ルです．またこの実行ファイルはコンパイル時に -g オプショ ンを付けてコンパイルされたものでなければいけません．

(gdb) quit

gdbを終了します．
gdbコマンドには，以下のようなものがあります．

(gdb) info file

現在読み込んでいるファイルの情報を表示す．

(gdb) file filename

ファイル名が filenameである実行ファイルを読み込みそ の実行ファイルについて，デバック可能になる．

(gdb) run

現在読み込んでいる実行ファイルの実行を開始します．

(gdb) kill

現在デバックしているプログラムを停止させて終了させます．

(gdb) break [filename:]num

ブレークポイントを filenameの num行目に作る．ブレークポイントとはそ こでいったんプログラムの実行を停止するポイントです． filenameが指定されていない場合は，ファイルは現在実行 しているコードがあるファイルとなる．

(gdb) clear [filename:]num

filenameの num行目にあるブレークポイントを削除します．

(gdb) info breakpoints

(gdb) step [num]

(gdb) next [num]

(gdb) continue

(gdb) finish

(gdb) where

(gdb) print exp

(gdb) list

(gdb) help comand

1. void output(int value)
2.
3. int
4. main(){
5.   int value = 100;
6.   int i;
7.   for(i = 0 ; i < 5 ; i++)
8.     output(value);
9. }

1. #include<stdio.h>
2.
3. void
4. output(int value){
5.   printf("%d\n",value);
6. }