第3章 Linux系統(tǒng)C語言開發(fā)工具

第3章

Linux系統(tǒng)C語言開發(fā)工具2本章重點

Linux環(huán)境中將C程序轉換成可執(zhí)行文件所經(jīng)歷的過程和命令

gcc、make、gdb工具的使用233.1第一個LinuxC程序

例3-1：設計一個程序，在屏幕打印5行“HELLO,LINUXWORLD”。

步驟1:設計編輯源程序代碼編輯程序只需要用文本編輯器vim，編輯程序在終端中輸出: [root@localhostroot]#vim3-1.c

/*3-1.c程序：在屏幕上輸出“這是第一個Linuxc程序!”*/#include<stdio.h>/*文件預處理，包含標準輸入輸出庫*/intmain()/*C程序的主函數(shù)，開始入口*/{

inti,j;for(i=0,j=5;i<j;i++){ printf("HELLO,LINUXWORLD\n"); exit(0)}return0;}輸入完成后存盤：按ESC鍵→輸入“:wq”回車

343.1第一個Linuxc程序步驟2:編譯程序編譯程序前，最好請確認c源程序文件的存在，打開Linux終端輸入“l(fā)s”命令，查看當前目錄下是否有3-1.c文件;輸入命令:[root@localhostroot]#gcc3-1.c；若編譯時沒有出現(xiàn)錯誤信息，說明程序編譯成功。步驟3:運行程序編譯好3-1.c程序后，默認生成的可執(zhí)行文件是a.out；輸入命令：[root@localhostroot]#./a.out此時系統(tǒng)會出現(xiàn)運行結果。43.2.1gcc編譯器gcc是（GNUCmpilerCollection的簡稱），它是GNU項目中符合ANSIC標準的編譯系統(tǒng)，能夠編譯用C、C++和ObjectC等語言編寫的程序。cc命令可以啟動C編譯系統(tǒng)，當執(zhí)行gcc時，它將完成預處理、編譯、匯編和連接4個步驟并最終生成可執(zhí)行代碼。產(chǎn)生的可執(zhí)行程序默認被保存為a.out文件。gcc命令可以接受多種文件類型并依據(jù)用戶指定的命令行參數(shù)對它們做出相應處理。如果gcc無法根據(jù)一個文件的擴展名決定它的類型，它將假定這個文件是一個目標文件或庫文件。563.2.1gcc編譯器gcc編譯流程673.2.1gcc編譯器gcc支持編譯的一些源文件的后綴及其解釋783.2.1gcc編譯器gcc命令語法：gcc[參數(shù)]要編譯的文件[參數(shù)][目標文件]

目標文件可省略，gcc默認生成可執(zhí)行的文件為a.out，如果想要生成自己命名的可執(zhí)行文件，通常使用“-o”參數(shù)。

[root@localhostroot]#gcc3-1.c–o3-1

83.2.1gcc編譯器例3-2：設計一個程序，要求把輸入的百分制的成績轉換成五級制輸出。即輸入成績大于等于90分，顯示“優(yōu)秀”；若成績介于80~90分，顯示“良好”；若成績介于70~80分，顯示“中等”；若成績介于60~70分，顯示“及格”；若成績小于60分，顯示“不及格”。9103.2.1gcc編譯器步驟1:編輯源程序代碼[root@localhostroot]#vim3-2.c10113.2.1gcc編譯器步驟2:用gcc編譯程序[root@localhostroot]#gcc3-2.c–o3-2步驟3:運行程序[root@localhostroot]#./3-2思考題：設計一個程序，要求輸入一個數(shù)，如果此數(shù)大于0，顯示“輸入的為正數(shù)”，否則顯示“輸入的為負數(shù)”。113.2.2函數(shù)庫標準系統(tǒng)庫文件一般存放在linux文件系統(tǒng)/lib和/usr/lib目錄中。C語言編譯器需要知道要搜索哪些庫文件，默認情況下，它只搜索標準C語言庫。庫文件必須遵循特定的命名規(guī)范并且需要在命令行中明確指定。庫文件的名字總是以lib開頭，隨后的部分指明這是什么庫（例如，c代表C語言庫，m代表數(shù)學庫）。文件名的最后部分以.開始，然后給出庫文件的類型：

.a代表傳統(tǒng)的靜態(tài)函數(shù)庫

.so代表共享函數(shù)庫 例如:libm.a為靜態(tài)數(shù)學函數(shù)庫。123.2.2函數(shù)庫1．靜態(tài)庫靜態(tài)庫，也稱作歸檔庫（archive），按慣例它們的文件名都以.a結尾。比如，標準C語言函數(shù)庫/usr/lib/libc.a和X11函數(shù)庫/usr/X11/lib/libX11.a。創(chuàng)建和維護自己的靜態(tài)庫:只要使用ar（代表archive，即建立歸檔文件）程序和gcc-c命令對函數(shù)分別進行編譯。應該盡可能把函數(shù)分別保存到不同的源文件中。如果函數(shù)需要訪問公共數(shù)據(jù)，則把它們放在同一個源文件中并使用在該文件中聲明的靜態(tài)變量。133.2.2函數(shù)庫例3.5：創(chuàng)建一個小型函數(shù)庫，它包含兩個函數(shù)pro1和pro2，然后在一個示例程序中調用其中一個函數(shù)。步驟1為兩個函數(shù)分別創(chuàng)建各自的源文件（將它們分別命名為pro1.c和pro2.c）。[root@localhostroot]#catpro1.c#include<sdtio.h>voidpro1(intarg){ printf(“hello：%d\n”,arg);}[root@localhostroot]#catpro2.c#include<sdtio.h>voidpro2(char*arg){

printf(“您好：%s\n”,arg);}143.2.2函數(shù)庫步驟2分別編譯這兩個函數(shù)，產(chǎn)生要包含在庫文件中的目標文件。通過調用帶有-c選項的gcc編譯器來實現(xiàn)，-c選項的作用是阻止編譯器創(chuàng)建一個完整的程序,gcc將把源程序編譯成目標程序，文件名為以.o結尾。如果此時試圖創(chuàng)建一個完整的程序將不會成功，因為還未定義main函數(shù)。[root@localhostroot]#gcc-cpro1.cpro2.c[root@localhostroot]#ls*.opro1.opro2.o步驟3編寫一個調用pro2函數(shù)的程序。首先，為庫文件創(chuàng)建一個頭文件lib.h。這個頭文件將聲明庫文件中的函數(shù)，它應該被所有希望使用庫文件的應用程序所包含。[root@localhostroot]#catlib.h/*lib.h：pro1.c，pro2.c*/voidpro1(int);voidpro2(char*);153.2.2函數(shù)庫步驟4主程序（program.c），它包含庫的頭文件并且調用庫中的一個函數(shù)。[root@localhostroot]#catprogram.c#include“l(fā)ib.h”intmain(){ pro2(“Linuxworld”); exit(0);}步驟5編譯并測試程序。暫時為編譯器顯式指定目標文件，然后要求編譯器編譯的文件并將其與預先編譯好的目標模塊pro2.o鏈接。[root@localhostroot]#gcc-cprogram.c[root@localhostroot]#gcc-oprogramprogram.opro2.o[root@localhostroot]#./program您好：Linuxworld163.2.2函數(shù)庫步驟6創(chuàng)建并使用一個庫文件。用ar程序創(chuàng)建一個歸檔文件并將目標文件添加進去。這個程序之所以稱為ar，是因為它將若干單獨的文件歸并到一個大的文件中以創(chuàng)建歸檔文件。注意，也可以用ar程序來創(chuàng)建任何類型文件的歸檔文件。[root@localhostroot]#arcrvlibfoo.apro1.opro2.o函數(shù)庫就可使用了。173.2.2函數(shù)庫可以在編譯器命令行的文件列表中添加該庫文件以創(chuàng)建程序：[root@localhostroot]#gcc-oprogramprogram.olibfoo.a[root@localhostroot]#./program您好：Linuxworld也可以用-l選項來訪問函數(shù)庫，但是因為其未保存在標準位置，所以必須用-L選項來指示gcc在何處可以找到它：[root@localhostroot]#gcc-oprogramprogram.o-L.-lfoo-L.選項指示編譯器在當前目錄”.”中查找函數(shù)庫。-lfoo選項指示編譯器使用名為libfoo.a的函數(shù)庫（或者名為libfoo.so的共享庫，如果它存在的話）。183.2.2函數(shù)庫2．共享庫靜態(tài)庫的一個缺點，當同時運行許多應用程序并且它們都使用來自同一個函數(shù)庫的函數(shù)時，就會在內(nèi)存中有同一函數(shù)的多份拷貝，在程序文件自身中也有多份同樣的拷貝。這將消耗大量寶貴的內(nèi)存和磁盤空間?？梢杂霉蚕韼靵韺崿F(xiàn)函數(shù)的動態(tài)鏈接。Linux支持共享庫(動態(tài)鏈接庫)。共享庫的保存位置與靜態(tài)庫是一樣的，但共享庫有不同的文件名后綴。在典型的Linux系統(tǒng)中，標準數(shù)學庫的共享庫是/usr/lib/libm.so。程序使用共享庫時，它的鏈接方式是這樣的：它本身不再包含函數(shù)代碼，而是運行時可訪問的共享代碼。當編譯好的程序被裝載到內(nèi)存中執(zhí)行時，函數(shù)引用被解析并產(chǎn)生對共享庫的調用，如果有必要共享庫才被加載到內(nèi)存中。193.3make工具Linux有個很強大的工具make，它可以管理多個模塊。make工具提供靈活的機制來建立大型的軟件項目。make工具依賴于一個特殊的、名字為makefile或Makefile的文件，這個文件描述了系統(tǒng)中各個模塊之間的依賴關系。系統(tǒng)中部分文件改變時，make根據(jù)這些關系決定一個需要重新編譯的文件的最小集合。如果軟件包括幾十個源文件和多個可執(zhí)行文件，這時make工具特別有用。203.3.1make命令命令語法：make[選項][目標][宏定義]常用選項：-d 顯示調試信息-f文件 告訴make使用指定文件作為依賴關系文件。-n 不執(zhí)行makefile中的命令，只顯示輸出這些命令-s 執(zhí)行但不顯示任何信息。213.3.2make規(guī)則makefile的默認文件名為GNUmakefile、makefile或Makefile，當然也可以在make的命令行中指定別的文件名。多數(shù)Linux程序員使用第三種文件名Makefile。Makefile中包含一些規(guī)則來告訴make處理哪些文件以及如何處理這些文件。這些規(guī)則主要是描述哪些文件（稱為target目標文件，不要和編譯時產(chǎn)生的目標文件相混淆）是從哪些別的文件（稱為dependency依賴文件）中產(chǎn)生的，以及用什么命令（command）來執(zhí)行這個過程。依靠這些信息，make會對磁盤上的文件進行檢查，如果目標文件的生成或被改動時的時間（稱為該文件時間戳）至少比它的一個依賴文件還舊的話，make就執(zhí)行相應的命令，以更新目標文件。目標文件不一定是最后的可執(zhí)行文件，可以是任何一個中間文件并可以作為其他目標文件的依賴文件。223.3.2make規(guī)則一個Makefile文件主要含有一系列的make規(guī)則，每條make規(guī)則包含以下內(nèi)容：目標文件列表:依賴文件列表<TAB>命令列表目標文件列表：即make最終需要創(chuàng)建的文件，中間用空格隔開，如可執(zhí)行文件和目標文件；也可以是要執(zhí)行的動作。依賴文件列表：是編譯目標文件所需要的其他文件。命令(command)列表：是make執(zhí)行的動作，通常是把指定的相關文件編譯成目標文件的編譯命令，每個命令占一行，且每個命令行的起始字符必須為TAB字符。

除非特別指定，否則make的工作目錄就是當前目錄。233.3.2make規(guī)則例3.6：Makefile文件實例[root@localhostroot]#catMakefile#一個簡單的Makefile的例子，以#開頭的為注釋行test:prog.ocode.o gcc-otestprog.ocode.o

prog.o:prog.cprog.hcode.h gcc-cprog.c-oprog.o

code.o:code.ccode.h gcc-ccode.c-ocode.o

clean: rm-f*.o243.3.2make規(guī)則調用make命令：[root@localhostroot]#maketargettarget是Makefile文件中定義的目標之一，如果省略target，make就將生成Makefile文件中定義的第一個目標。對于例3.6，單獨的一個“make”命令等價于：[root@localhostroot]#maketest253.3.3Makefile中的變量Makefile里的變量就像一個環(huán)境變量。事實上，環(huán)境變量在make中也被解釋成make的變量。這些變量對大小寫敏感，一般使用大寫宇母。Makefile中的變量是用一個字符串在Makefile中定義的，這個字符串就是變量的值。定義變量的語法：VARNAME=string引用變量的值：${VARNAME}make解釋規(guī)則時，VARNAME在等式右端展開為定義它的字符串。變量一般都在Makefile的前面部分定義。按照慣例，所有的Makefile變量都應該是大寫。如果變量的值發(fā)生變化，就只需要在一個地方修改，從而簡化了Makefile的維護。263.3.3Makefile中的變量利用變量重寫前面的Makefile：OBJS=prog.ocode.oCC=gcc

test:${OBJS} ${CC}-otest${OBJS}

prog.o:prog.cprog.hcode.h ${CC}-cprog.c-oprog.o

code.o:code.ccode.h ${CC}-ccode.c-ocode.o

clean: rm-f*.o273.3.3Makefile中的變量環(huán)境變量:使用方法很簡單，在make啟動時，make讀取系統(tǒng)當前已定義的環(huán)境變量，并且創(chuàng)建與之同名同值的變量，因此用戶可以像在shell中一樣在Makefile中方便的引用環(huán)境變量。需要注意的是，如果用戶在Makefile中定義了同名的變量，用戶自定義變量將覆蓋同名的環(huán)境變量。此外，Makefile中還有一些預定義變量和自動變量，但是看起來并不像自定義變量那樣直觀。283.4gdb調試工具上面例子，可以簡化為：OBJS=prog.ocode.oCC=gcctest:${OBJS} ${CC}-o$@$^prog.o:prog.cprog.hcode.hcode.o:code.ccode.h

clean: rm-f*.o293.4gdb調試工具Linux下的gdb調試器，是一款GNU組織開發(fā)并發(fā)布的UNIX/Linux下的程序調試工具。雖然它沒有圖形化的友好界面，但是它強大的功能，足以與很多商業(yè)化的集成開發(fā)工具相媲美。在進行應用程序的調試之前，要注意的是gdb進行調試的是可執(zhí)行文件，而不是如“.c”這樣的源代碼文件。因此，需要先通過gcc編譯生成可執(zhí)行文件才能用gdb進行調試。303.4gdb調試工具命令語法：gdb[選項][可執(zhí)行程序[core文件|進程ID]]功能：跟蹤指定程序的運行，給出它的內(nèi)部運行狀態(tài)以協(xié)助你定位程序中的錯誤。你還可以指定一個程序運行錯誤產(chǎn)生的core文件，或者正在運行的程序進程ID。常用選項：-ccore文件 使用指定core文件檢查程序。-h 列出命令行選項的簡要介紹。-n 忽略~/.gdbinit文件中指定的執(zhí)行命令。-q 禁止顯示介紹信息和版權信息。-s文件 使用保存在指定文件中的符號表。313.4gdb調試工具啟動gdb：要使用gdb調試程序，必須使用-g參數(shù)重新編譯該程序。此選項用于生成包含符號表和調試信息的可執(zhí)行文件。程序成功編譯以后，就可以使用gdb調試它，注意gdb產(chǎn)生的(gdb)提示符。[root@localhostroot]#gcc-ghello.c-ohello[root@localhostroot]#gdb-qhello……(gdb)啟動gdb后，可以使用很多命令。離開gdb：使用quit命令可以離開gdb環(huán)境并回到shell提示符。gdb支持很多的命令且能實現(xiàn)不同的功能。部分命令：見P94。323.4gdb調試工具例3.7設計一個程序，要求輸入兩個整數(shù)，判斷并輸出其中的最小數(shù)。步驟1設計編輯源程序代碼。[root@localhostroot]#vim3-7.c333.4gdb調試工具步驟2用gcc編譯程序。在編譯的時候要加上選項“-g”。這樣編譯出的可執(zhí)行代碼中才包含調試信息，否則之后gdb無法載入該可執(zhí)行文件。[root@localhostroot]#

gcc3-7.c-o3-7-g步驟3進入gdb調試環(huán)境。gdb進行調試的是可執(zhí)行文件，因此要調試的是3-7而不是3-7.c，輸入如下：[root@localhost

root]#gdb3-7回車后就進入了gdb調試模式。343.4gdb調試工具步驟4用gdb調試程序。（1）查看源文件在gdb中輸入“l(fā)”(list)就可以查看程序源代碼，一次顯示10行。（2）設置斷點在gdb中設置斷點命令是“b”(break)，后面跟行號或者函數(shù)名。（3）查看斷點信息用命令“infob”(infobreak)查看斷點信息。（4）運行程序輸入“r”(run)開始運行程序。（5）查看與設置變量值程序運行到斷點處會自動暫停，輸入“p變量名”可查看指定變量的值。（6）單步運行在斷點處輸入“n”(next)或者“s”(step)可單步運行。它們之間的區(qū)別在于：若有函數(shù)，調用時，“s”會進入該函數(shù)，而“n”不會進入該函數(shù)。353.4gdb調試工具步驟4用gdb調試程序。（7）繼續(xù)運行程序在查看完變量或堆棧情況后可以輸入“c”(continue)命令恢復程序的正常運行，把剩余的程序執(zhí)行完，并顯示執(zhí)行結果。（8）退出gdb環(huán)境退出gdb環(huán)境只要輸入“q”(quit)命令，回車后退出gdb環(huán)境。3637思考與實驗編寫一個簡單的C語言程序：輸出兩行文字“Howareyou”，在Linux下編輯、編譯、運行。編寫一個簡單的C語言程序：根據(jù)輸入的兩個整數(shù)求平均值并且在終端輸出，通過gcc編譯器得到它的匯編程序文件。Makfile文件中的每一行是描述文件間依賴關系的make規(guī)則。對于下面的Makefile文件:CC=gccOPTIONS=-O3-oOBJECTS=main.o

stack.o

misc.oSOUR