第九章-Linux下的C和C++編程

第九章Linux下的C和C++編程2/48目錄引言C語(yǔ)言編譯器GCC程序維護(hù)工具make小結(jié)3/48引言Linux軟件開(kāi)發(fā)一直在Internet環(huán)境下進(jìn)行。這個(gè)環(huán)境是全球性的，編程人員來(lái)自世界各地。Linux開(kāi)發(fā)工作經(jīng)常是在Linux用戶決定共同完成一個(gè)項(xiàng)目時(shí)開(kāi)始的。當(dāng)開(kāi)發(fā)工作完成后，該軟件就被放到Internet站點(diǎn)上，任何用戶都可以訪問(wèn)和下載它。由于這個(gè)活躍的開(kāi)發(fā)環(huán)境，新的以Linux為基礎(chǔ)的軟件功能日益強(qiáng)大，且呈爆炸式的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。大多數(shù)Linux軟件是經(jīng)過(guò)自由軟件基金會(huì)（FreeSoftwareFoundation）提供的GNU（GNU即GNU’snotUNIX）公開(kāi)認(rèn)證授權(quán)的，因而通常被稱作GNU軟件。GNU軟件免費(fèi)提供給用戶使用，并被證明是非?？煽亢透咝У?。許多流行的Linux實(shí)用程序，如C編譯器、shell和編輯器都是GNU軟件應(yīng)用程序。4/48引言需要C語(yǔ)言嗎？Shell夠用嗎？腳本語(yǔ)言是一種解釋性語(yǔ)言，用戶輸入只有當(dāng)執(zhí)行腳本后才被識(shí)別和執(zhí)行。解釋性語(yǔ)言在每次執(zhí)行腳本時(shí)必須重新解釋，效率低下，也不適合于直接操作計(jì)算機(jī)的RAM和I/O設(shè)備。Linux和C語(yǔ)言關(guān)聯(lián)？Shell命令和Linux內(nèi)核都是用C和C++編寫而成的。5/48引言本節(jié)學(xué)習(xí)主要內(nèi)容：如何在Linux下安裝和使用GUNC的編譯器GCCMake程序維護(hù)工具6/489.1C語(yǔ)言編譯器GCCGCC的安裝使用GCC

編譯器編譯程序函數(shù)庫(kù)調(diào)試器7/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC在Linux開(kāi)發(fā)環(huán)境下，最常用的C/C++語(yǔ)言編譯器GCC(GNUCCompile)的縮寫，它是GNU/Linux系統(tǒng)下的標(biāo)準(zhǔn)C編譯器。目前，GCC可以支持多種高級(jí)語(yǔ)言，如C/C++ObjectCJAVAFortranPASCALADA等還可根據(jù)需要選擇安裝支持的語(yǔ)言。8/489.1C語(yǔ)言編譯器GCCgcc可以使程序員靈活地控制編譯過(guò)程。編譯過(guò)程一般可以分為下面四個(gè)階段，每個(gè)階段分別調(diào)用不同的工具進(jìn)行處理，如下圖所示。預(yù)處理鏈接編譯組譯源程序(*.c)可執(zhí)行文件預(yù)處理器編譯器組譯器連接器9.1C語(yǔ)言編譯器GCCGCC編譯分為四個(gè)步驟：預(yù)處理

GCC調(diào)用cpp程序進(jìn)行預(yù)處理，即分析像#include、#define之類的命令。編譯GCC是調(diào)用ccl程序進(jìn)行編譯的，它根據(jù)源代碼生成匯編語(yǔ)言。匯編GCC調(diào)用as程序?qū)⑸弦徊降慕Y(jié)果生成擴(kuò)展名為o的目標(biāo)文件連接

GCC調(diào)用ld程序?qū)⒛繕?biāo)文件進(jìn)行連接，最后生成可執(zhí)行文件。9/4810/489.1C語(yǔ)言編譯器GCCgcc的版本信息一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)安裝后就已經(jīng)安裝和設(shè)定好了gcc。在shell的提示符下鍵入gcc-v，屏幕上就會(huì)顯示出目前正在使用的gcc的版本。11/489.1C語(yǔ)言編譯器GCCGCC的安裝sudoapt-getinstallbuild-essential12/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC9.1.2使用GCC

編譯器通常后跟一些選項(xiàng)和文件名來(lái)使用GCC

編譯器，gcc命令的基本用法如下：gcc[option|filename]g++[option|filename]其中option為gcc使用時(shí)的選項(xiàng)，而filename為gcc要處理的文件（課本page.215）C程序：p3.1.c#include<stdio.h>#defineMIN(A,B)((A)>(B)?(B):(A))intmain(void){inta;a=MIN(1,2);printf("Theresultis:%d\n",a);return0;}13/4814/4815/4816/48C++程序：p3.2.cxx#include<iostream>#defineMIN(A,B)((A)>(B)?(B):(A))intmain(void){inta;a=MIN(1,2);std::<<"Theresultis:"<<a<<std::end;return0;}17/4818/48使用GCC控制編譯過(guò)程預(yù)處理：該步驟完成宏和include的處理。打開(kāi)p3.1.pre.c文件，可以發(fā)現(xiàn)處理在開(kāi)頭加入了許多函數(shù)聲明外，MIN（A,B）宏在代碼中也被展開(kāi)。19/48使用GCC控制編譯過(guò)程生成匯編代碼：該步驟將預(yù)處理生成的代碼進(jìn)行處理，并根據(jù)編程參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最后生成匯編語(yǔ)言。20/48使用GCC控制編譯過(guò)程生成目標(biāo)代碼：該步驟把中間代碼變成特定機(jī)器上的指令代碼。21/48使用GCC控制編譯過(guò)程鏈接生成可執(zhí)行代碼。22/4823/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC編譯main.c

和factorial.c

這兩個(gè)源文件。//factorial.c#include<stdio.h>intfactorial(intn){if(n<=1)return1;elsereturnfactorial(n-1)*n;}24/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC//main.c#include<stdio.h>intfactorial(intn);intmain(intargc,char*argv[]){intn;if(argc<2){printf("Usage:%sn\n",argv[0]);return-1;}else{n=atoi(argv[1]);printf(“Factorialof%dis%d.\n”,n,factorial(n));}return0;}25/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC輸入下面的命令：gcc–ofacmain.cfactorial.c//編譯生成可執(zhí)行文件fac./fac6//執(zhí)行程序fac，實(shí)參數(shù)為6Factorialof6is720//輸出運(yùn)行結(jié)果26/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC

生成可執(zhí)行程序的最后一個(gè)步驟是鏈接，也就是將分散的目標(biāo)文件和庫(kù)文件組合起來(lái)。通常在Linux系統(tǒng)上，這些庫(kù)文件可以在/lib與/usr/lib目錄中找到。當(dāng)用戶使用的是靜態(tài)的函數(shù)庫(kù)時(shí)，鏈接器會(huì)找到程序需要的模組，將它們物理復(fù)制到課執(zhí)行文件中內(nèi)。共享函數(shù)庫(kù)會(huì)在執(zhí)行文件時(shí)留下一個(gè)記號(hào)，指明程序執(zhí)行時(shí)，首先必須加載這個(gè)函數(shù)庫(kù)。共享函數(shù)庫(kù)使執(zhí)行文件更小，Linux默認(rèn)的行為時(shí)鏈接共享函數(shù)庫(kù)。靜態(tài)函數(shù)庫(kù)（.a），共享函數(shù)庫(kù)（.so.x.x.x）27/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC

函數(shù)庫(kù)用戶可用“l(fā)dd”命令來(lái)查程序需要的共享函數(shù)庫(kù)：上例說(shuō)明p3.1依賴libC.so.6與linux-gate.so.l的存在Linux缺省的行為是連接共享函數(shù)庫(kù)。28/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC調(diào)試程序GCC包含完整的出錯(cuò)檢查和警告提示功能，可以幫助Linux程序員寫出更加專業(yè)的代碼。代碼：illcode.c程序

#include<stdio.h>voidmain(void){longlongintvar=1;printf("ItisnotstandardCcode!\n");}29/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC調(diào)試程序存在以下問(wèn)題：Main函數(shù)的返回值被聲明為void，但實(shí)際上應(yīng)該是int使用了“l(fā)onglong”來(lái)聲明整數(shù)，不符合ANSI/ISOC語(yǔ)言規(guī)范Main函數(shù)在終止前沒(méi)有調(diào)用return語(yǔ)句30/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC調(diào)試程序-pedantic參數(shù)檢查源代碼是否符合ANSI/ISOC語(yǔ)言規(guī)范-Wall或-W參數(shù)能夠使GCC產(chǎn)生盡可能多的警告信息。31/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC調(diào)試器在Linux環(huán)境下最普及的調(diào)試工具是GDB和DDD，此處僅對(duì)GDB作簡(jiǎn)單介紹。調(diào)試器的功能就是能夠觀察一個(gè)程序在執(zhí)行時(shí)的內(nèi)部活動(dòng)，或程序出錯(cuò)時(shí)發(fā)生了什么。GNU的調(diào)試器稱為GDB（GNUdebuger），該程序是一個(gè)交互式工具，工作在字符模式，可用于源代碼級(jí)調(diào)試，以及跟蹤沒(méi)有源代碼的程序或檢查某個(gè)終止的程序留下的核心文件。32/489.1C語(yǔ)言編譯器GCCGDB

主要有以下這些功能：（1）能跟蹤程序中變量的值。（2）能夠設(shè)置斷點(diǎn)使程序在指定的代碼行上停下來(lái)。（3）能夠一行行地執(zhí)行源代碼。（4）修正某個(gè)bug引起的問(wèn)題，然后繼續(xù)查找另一個(gè)bug。33/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC一般來(lái)說(shuō)GDB主要調(diào)試的是C/C++的程序。要調(diào)試C/C++的程序，首先在編譯時(shí)，必須把調(diào)試信息加到可執(zhí)行文件中。使用編譯器（gcc/g++）的-g參數(shù)可以做到這一點(diǎn)。如：gcc-gtest.c-otestg++-gtest.cpp-otest如果沒(méi)有-g，在調(diào)試時(shí)將見(jiàn)不到程序的函數(shù)名、變量名，所代替的全是運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存地址。啟動(dòng)GDB的方法是從命令行鍵入“gdbfilename”,按回車鍵就可以運(yùn)行GDB來(lái)調(diào)試可執(zhí)行文件。34/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC基本GDB

命令：file

裝入想要調(diào)試的可執(zhí)行文件kill終止正在調(diào)試的程序list列出產(chǎn)生執(zhí)行文件的源代碼的一部分next執(zhí)行一行源代碼但不進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部step執(zhí)行一行源代碼而且進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部run執(zhí)行當(dāng)前被調(diào)試的程序quit終止gdbwatch監(jiān)視一個(gè)變量的值而不管它何時(shí)被改變break在代碼里設(shè)置斷點(diǎn),這將使程序執(zhí)行到這里時(shí)被掛起shell不離開(kāi)gdb

就執(zhí)行UNIX

shell

命令35/489.1C語(yǔ)言編譯器GCCGDB使用舉例源代碼如下編譯:gcc–obugbug.c36/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC編譯并運(yùn)行編譯？？？？37/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC使用gdb調(diào)試bug輸入字符串運(yùn)行bug出錯(cuò)位置能不能看到源代碼呢？38/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC使用gcc的-g參數(shù)gcc–g–obugbug.c重新調(diào)試源代碼39/489.1C語(yǔ)言編譯器GCC40/489.2程序維護(hù)工具make引言隨著軟件復(fù)雜度的提高，人們提出了模塊化的概念，即將復(fù)雜的軟件分解為很多細(xì)小的功能模塊，于是，軟件代碼按功能模塊分散到各個(gè)不同的文件。這使得編譯這些文件成為問(wèn)題，有時(shí)候只是改動(dòng)某個(gè)文件就不得不重新編譯整個(gè)工程。對(duì)于大型項(xiàng)目而言，重新編譯所有代碼往往需要很長(zhǎng)時(shí)間。使用make對(duì)源代碼進(jìn)行管理后，將只編譯改動(dòng)的代碼文件，而不用完全編譯。41/489.2程序維護(hù)工具makemake工具M(jìn)ake通過(guò)讀入配置好的文本文件，并根據(jù)文本文件中預(yù)先定義的規(guī)則和步驟，完成代碼的編譯和鏈接工作，最終生成所需要的項(xiàng)目文件。這個(gè)文本文件在缺失情況下為makefile或Makefile。Make在對(duì)項(xiàng)目文件進(jìn)行編譯時(shí)，會(huì)判斷文件的修改和生成時(shí)間。如果某源代碼文件在上次編譯后再次被修改，則make將只編譯該文件，而不會(huì)對(duì)整個(gè)重新編譯。42/489.2程序維護(hù)工具makeMakefile示例p3.1.c程序?yàn)槔?，使用vi編寫makefile文件，內(nèi)容如下：p3.1:p3.1.c

[tab鍵]gcc–op3.1p3.1.c9.2程序維護(hù)工具make43/4844/489.2程序維護(hù)工具make基本原理和用法1.依賴關(guān)系描述一般的語(yǔ)法規(guī)則為：target（目標(biāo)名）：dependenCy（依賴模塊）command（命令行）2.make語(yǔ)法規(guī)則make命令的一般語(yǔ)法規(guī)則是：make[-fmake文件名][目標(biāo)名]

45/489.2程序維護(hù)工具make例子：p3.3.c中用到p3.3.part1.c和p3.3.part2.c中定義的函數(shù)。如果要編譯p3.3.c必須先對(duì)p3.3.part1.c和p3.3.part2.c進(jìn)行編譯。p3.3.part1.c#include<stdio.h>voidpart_one(){printf(“inthepartonefunction!\n”);}46/489.2程序維護(hù)工具makep3.3.part2.c#include<stdio.h>voidpart_two(){printf(“intheparttwofunction!\n”);}p3.3.c#incl