第五章 unix下的c語言開發(fā)環(huán)境

1、第四章 UNIX下的C語言開發(fā)環(huán)境,,6.1 程序設(shè)計環(huán)境,學習程序設(shè)計從程序語言開始，但還應(yīng)了解程序執(zhí)行和程序與外界的交互問題。,1.理想態(tài)的程序運行環(huán)境,,用戶程序直接控制和使用各種設(shè)備，完成各種操作。,針對一個簡單程序：,main(){ int c; while ( ( c=getchar()) != EOF )putchar(c);},,認為執(zhí)行過程為：,在單用戶單任務(wù)環(huán)境中基本符合。,2.

2、多任務(wù)環(huán)境下程序執(zhí)行,多任務(wù)中每一時刻都會有多個用戶程序提出訪問請求，因此會有：,,如此混亂的情況，程序?qū)o法運行。,為使多道環(huán)境中的程序正確執(zhí)行，需要OS管理。,,用戶程序需要系統(tǒng)核心區(qū)程序的管理，達到各自任務(wù)的執(zhí)行。,6.2 基于系統(tǒng)支持的程序設(shè)計,,1. 建立系統(tǒng)編程的思想,理解多道環(huán)境程序執(zhí)行狀況，轉(zhuǎn)換用戶程序是執(zhí)行主體的認識。 了解OS可提供的服務(wù)及服務(wù)方式。 充分利用OS提供服務(wù)功能解決實際問題。 盡量使編寫的程序最大

3、限度的滿足系統(tǒng)平臺的支持能力。,1. gcc 與 gdb,1.1 UNIX和C語言C 是一種在 UNIX 操作系統(tǒng)的早期就被廣泛使用的通用編程語言，它最早是由貝爾實驗室的 Dennis Ritchie 為了 UNIX 的輔助開發(fā)而寫的。C 是所有版本的UNIX上的系統(tǒng)語言。幾乎任何一種計算機上都有至少一種能用的 C 編譯器

4、； 并且它的語法和函數(shù)庫在不同的平臺上都是統(tǒng)一的。80年代末期美國國家標準協(xié)會 (American National Standards Institute)發(fā)布了一個被稱為 ANSI C 的 C 語言標準，這保證了在不同平臺上的C的一致性。,7,1. gcc 與 gdb,1.2 GNU C編譯器GNU C 編譯

5、器(gcc)是一個全功能的 ANSI C 兼容編譯器，它是所有UNIX系統(tǒng)可用的C編譯器。gcc是可以在多種硬體平臺上編譯出可執(zhí)行程序的超級編譯器，其執(zhí)行效率與一般的編譯器相比平均效率要高20%~30%。,8,3.1 LINUX下C語言編程概述,1. gcc 與 gdb,gcc編譯過程：預(yù)處理，對源代碼文件中的文件包含(include)、預(yù)編譯語句(如宏定義define等)進行分析。編譯，就是把C

6、/C++代碼“翻譯”成匯編代碼。匯編，將第二步輸出的匯編代碼翻譯成符合一定格式的機器代碼，生成以.o為后綴的目標文件。鏈接，將上步生成的目標文件和系統(tǒng)庫的目標文件和庫文件鏈接起來，最終生成了可以在特定平臺運行的可執(zhí)行文件。,10,1. Gcc編譯流程解析如本章開頭提到的，Gcc的編譯流程分為了4個步驟，分別為：· 預(yù)處理（Pre-Processing）；· 編譯（Compiling）；· 匯編（

7、Assembling）；· 鏈接（Linking）。下面就具體來查看一下Gcc是如何完成4 個步驟的。首先，有以下hello.c源代碼：#includeint main(){printf("Hello! This is our embedded world!\n");return 0;},3.3 Gcc編譯器,（1）預(yù)處理階段在該階段，編譯器將上述代碼中的stdio.h編譯進來，并且用戶

8、可以使用Gcc的選項“-E”進行查看，該選項的作用是讓Gcc在預(yù)處理結(jié)束后停止編譯過程。[root@localhost Gcc]# Gcc –E hello.c –o hello.i在此處，選項“-o”是指目標文件，由上表可知，“.i”文件為已經(jīng)過預(yù)處理的C 原始程序。以下列出了hello.i文件的部分內(nèi)容：typedef int (*__gconv_trans_fct) (struct __gconv_step *,struc

9、t __gconv_step_data *, void *,__const unsigned char *,__const unsigned char **,__const unsigned char *, unsigned char **,size_t *);…,,# 2 "hello.c" 2int main(){printf("Hello! This is our embedded w

10、orld!\n");return 0;}由此可見，Gcc確實進行了預(yù)處理，它把“stdio.h”的內(nèi)容插入到hello.i文件中。,（2）編譯階段接下來進行的是編譯階段，在這個階段中，Gcc 首先要檢查代碼的規(guī)范性、是否有語法錯誤等，以確定代碼的實際要做的工作，在檢查無誤后，Gcc 把代碼翻譯成匯編語言。用戶可以使用“-S”選項來進行查看，該選項只進行編譯而不進行匯編，生成匯編代碼。[root@localhost G

11、cc]# Gcc –S hello.i –o hello.s以下列出了hello.s的內(nèi)容，可見Gcc已經(jīng)將其轉(zhuǎn)化為匯編了，感興趣的讀者可以分析一下這一行簡單的C語言小程序是如何用匯編代碼實現(xiàn)的。.file "hello.c“.section .rodata.align 4.LC0:.string "Hello! This is our embedded world!".text.globl

12、 main.type main, @functionmain:pushl %ebpmovl %esp, %ebpsubl $8, %espandl $-16, %espmovl $0, %eaxaddl $15, %eax.section .note.GNU-stack,"",@progbits,（3）匯編階段匯編階段是把編譯階段生成的“.s”文件轉(zhuǎn)成目標文件，讀者在此可使用選項“-c”就可看到

13、匯編代碼已轉(zhuǎn)化為“.o”的二進制目標代碼了。如下所示：[root@localhost Gcc]# Gcc –c hello.s –o hello.o,Gcc編譯器,（4）鏈接階段在成功編譯之后，就進入了鏈接階段。在這里涉及到一個重要的概念：函數(shù)庫。讀者可以重新查看這個小程序，在這個程序中并沒有定義“printf”的函數(shù)實現(xiàn)，且在預(yù)編譯中包含進的“stdio.h”中也只有該函數(shù)的聲明，而沒有定義函數(shù)的實現(xiàn)，那么，是在哪里實現(xiàn)“prin

14、tf”函數(shù)的呢？最后的答案是：系統(tǒng)把這些函數(shù)實現(xiàn)都被做到名為libc.so.6的庫文件中去了，在沒有特別指定時，Gcc 會到系統(tǒng)默認的搜索路徑“/usr/lib”下進行查找，也就是鏈接到libc.so.6庫函數(shù)中去，這樣就能實現(xiàn)函數(shù)“printf”了，而這也就是鏈接的作用。函數(shù)庫一般分為靜態(tài)庫和動態(tài)庫兩種。靜態(tài)庫是指編譯鏈接時，把庫文件的代碼全部加入到可執(zhí)行文件中，因此生成的文件比較大，但在運行時也就不再需要庫文件了。其后綴名一般為“.

15、a”。動態(tài)庫與之相反，在編譯鏈接時并沒有把庫文件的代碼加入到可執(zhí)行文件中，而是在程序執(zhí)行時由運行時鏈接文件加載庫，這樣可以節(jié)省系統(tǒng)的開銷。動態(tài)庫一般后綴名為“.so”，如前面所述的libc.so.6就是動態(tài)庫。Gcc在編譯時默認使用動態(tài)庫。完成了鏈接之后，Gcc就可以生成可執(zhí)行文件，如下所示。[root@localhost Gcc]# Gcc hello.o –o hello運行該可執(zhí)行文件，出現(xiàn)正確的結(jié)果如下。[root@loc

16、alhost Gcc]# ./helloHello! This is our embedded world!,Gcc編譯選項:,Gcc編譯器,1. UNIX下的C語言開發(fā)環(huán)境,gcc遵循的文件類型規(guī)定 .c為后綴的文件，C語言源代碼文件； .a為后綴的文件，是由目標文件構(gòu)成的檔案庫文件； .C，.cc或.cxx 為后綴的文件，是C++源代碼文件； .h為后綴的文件，是程序所包含的頭文件；.i 為后綴的文件，是已經(jīng)預(yù)處理過的C

17、源代碼文件；.ii為后綴的文件，是已經(jīng)預(yù)處理過的C++源代碼文件；.m為后綴的文件，是Objective-C源代碼文件； .o為后綴的文件，是編譯后的目標文件； .s為后綴的文件，是匯編語言源代碼文件；.S為后綴的文件，是經(jīng)過預(yù)編譯的匯編語言源代碼文件。,18,頭文件,頭文件是用來提供常量的定義和系統(tǒng)和函數(shù)調(diào)用的聲明，這些頭文件通常放在/usr/include和其子目錄中。根據(jù)不同的Linux版本，頭文件可能放在/usr/in

18、clude/sys和/usr/include/linux.#include ,庫函數(shù),庫函數(shù)是一些預(yù)先編譯好的函數(shù)的集合，這些函數(shù)可以有很好的重用性。通常來講，它們包含有相關(guān)的函數(shù)集合來完成一項常用任務(wù)。典型的庫函數(shù)有屏幕處理函數(shù) （curses和ncurses庫）和數(shù)據(jù)庫訪問函數(shù)（dbm庫）。標準系統(tǒng)函數(shù)通常存放在/lib和/usr/lib中。C編譯器需要被告知搜索哪個庫，否則缺省情況下只搜索標準庫。傳統(tǒng)靜態(tài)庫 .a E

19、xamples are /usr/lib/libc.a and /usr/X11/lib/libX11.a for the standard C library and the X11 library共享庫 .so On a typical Linux system, the shared version of the standard math library is /usr/lib/libm.so,1. g

20、cc 與 gdb,1.5 gdb調(diào)試和分析選項gdb 基本命令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入函數(shù)內(nèi)部；step 執(zhí)行一行源代碼而且進入函數(shù)內(nèi)部；run 執(zhí)行當前被調(diào)試的程序；quit 終止 gdb ；watch

21、 使你能監(jiān)視一個變量的值而不管它何時被改變；break 在代碼里設(shè)置斷點, 這將使程序執(zhí)行到這里時被掛起；make 使你能不退出 gdb 就可以重新產(chǎn)生可執(zhí)行文件；shell 使你能不離開 gdb 就執(zhí)行 UNIX shell 命令.,21,1. gcc 與 gdb,gdb調(diào)試舉例,/* gdbtest.c */

22、#include int sum(int m);int main(int argc, char **argv){int i, n = 0;sum(50);for(i=1; i<=50; i++){n += i;}printf(“The sum of 1-50 is %d\n”, n);},int sum(int m){int i, n = 0;for(i=1; i<=m; i++)

23、{n += i;}printf(“The sum of 1-%d is %d\n”, m, n);},例：$ gcc -Wall -g gdbtest.c -o gdbtest,22,1. gcc 與 gdb,1. 啟動gdb開始調(diào)試,例1：$ gdb gdbtest,例2：$ gdb(gdb) file gdbtest,23,1. gcc 與 gdb,2. 在gdb中查看源代碼,例：(gdb) list,li

24、st也可以縮寫為l,24,1. gcc 與 gdb,3. 在gdb中設(shè)置斷點,例1：(gdb) break 9,break也可以縮寫為b,注意：在gdb中利用行號設(shè)置斷點，是指代碼運行到對應(yīng)行號之前暫停；gdb中可以設(shè)置多個斷點。,25,1. gcc 與 gdb,3. 在gdb中設(shè)置斷點,例2：(gdb) break sum,設(shè)置函數(shù)斷點，在函數(shù)體開始處,例3：(gdb) break 10 if i==10,設(shè)置條件斷點,26,

25、1. gcc 與 gdb,4. 開看斷點情況,例：(gdb) info break,27,1. gcc 與 gdb,5. 運行代碼,例：(gdb) run,run也可以縮寫為r,28,1. gcc 與 gdb,6. 查看變量,例：(gdb) print i,print也可以縮寫為p；i為變量名,“$N”是當前變量值的引用標記,29,1. gcc 與 gdb,7. 單步運行,單步運行可以使用命令“step”和“next”，它們之間的

26、區(qū)別在于：若有函數(shù)調(diào)用的時候“step”會進入函數(shù)體，而“next”不會進入該函數(shù)；,8. 恢復(fù)程序運行,使用命令“continue”可以恢復(fù)程序正常運行，直到遇到下一個斷點或者到程序結(jié)束；,gdb中程序有“運行”、“暫?！焙汀巴Ｖ埂比N狀態(tài)?！皶和！睜顟B(tài)時，函數(shù)的地址、參數(shù)、局部變量都被壓入“棧”中，故可以查看函數(shù)的各種屬性；函數(shù)處于“停止”狀態(tài)時，“?！睍詣映蜂N，也就無法查看函數(shù)的信息了。,30,2. make工程管理器,2.1

27、為什么要使用make？工作量問題：對于擁有多個（上百個）源文件的軟件項目，只需編寫一次編譯過程，而不需要在每次源文件修改后重復(fù)輸入眾多的文件名和編譯命令進行編譯；效率問題：make能夠根據(jù)文件的時間戳自動發(fā)現(xiàn)更新過的源文件，并通過讀入Makefile文件來對更新的源文件進行編譯而對其它文件只進行鏈接操作。,31,2. make命令,2.2 Makefile的格式Makefile是make讀入的唯一配置文件，Makefile文件

28、通常包含如下內(nèi)容：需要由make創(chuàng)建的目標體(target)，通常是目標文件或可執(zhí)行文件；要創(chuàng)建的目標體所依賴的文件(dependency_file)；創(chuàng)建每個目標體時需要運行的命令(commmand)。,Makefile格式：target: dependency_file command,command之前必須有個“tab”,32,4. 鏈接特殊函數(shù)庫,/*filename is temp.c */

29、# include int main(int argc,char *argv) { double value; value=log(argc); printf("Value:%f \n",value); } 用命令：gcc –o temp temp.c 編譯時出錯。修改命令： gcc –o temp temp.c –lm這里指明編譯時與數(shù)學庫libm.a相鏈接，則可正