第3章__Linux下C编程基础.ppt

www.embedu.org本章的要求第三章、Linux下C编程u 熟悉Linux系统下的开发环境 u 熟悉vi的基本操作 u 熟练emacs的基本操作 u 熟悉gcc编译器的基本原理 u 熟练使用gcc编译器的常用选项 u 熟练使用gdb调试技术 u 熟悉makefile基本原理及语法规范 u 熟练使用autoconf和automake来生成makefile www.embedu.org本章的主要内容3.1 Linux下C语言编程概述3.2 常用编辑器 3.3 gcc编译器3.4 gdb调试器3.5 make工程管理器3.6 使用autotools3.7 实验 www.embedu.org3.1 Linux下C语言编程概述www.embedu.orgC语言C语言最早是由贝尔实验室的Dennis Ritchie为了UNIX的辅助开发而编写的，它是在B语言的基础上开发出来的。尽管语言不是专门针对UNIX操作系统或机器编写的，但它与UNIX系统的关系十分紧密。由于它的硬件无关性和可移植性，使C语言逐渐成为世界上使用最广泛计算机语言。为了进一步规范C语言的硬件无关性，1987年，美国国家标准协会（ANSI）根据C语言问世以来各种版本对C语言的发展和扩充，制定了新的标准，称为ANSI C。ANSI C语言比原来的标准C语言有了很大的发展。目前流行的C语言编译系统都是以它为基础的。www.embedu.orgC语言的特点C语言的成功并不是偶然的，它强大的功能和它的可移植性让它能在各种硬件平台上游刃自如。总体而言，C语言有如下特点。C语言是语言是“中级语言中级语言”。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。C语言是结构化的语言语言是结构化的语言。C语言采用代码及数据分隔，使程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便地调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。C语言功能齐全语言功能齐全。C语言具有各种各样的数据类型，并引入了指针概念，可使程序效率更高。另外，C语言也具有强大的图形功能，支持多种显示器和驱动器，而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大，可以实现决策目的。C语言可移植性强语言可移植性强。C语言适合多种操作系统，如DOS、Windows、Linux，也适合多种体系结构，因此尤其适合在嵌入式领域的开发。www.embedu.org3.2 常用编辑器www.embedu.org编辑器Linux中最常用的编辑器有vi（vim）和emacs www.embedu.orgvi：命令-输入-底行模式命令模式底行模式输入模式www.embedu.orgvi用法-编辑新增新增(append)-a a 从 光 标 所 在 位 置 後 面 开 始 新 增 资 料，光 标 後 的 资 料 随 新 增 资 料 向 後 移 动。-A A 从 光 标 所 在 列 最 後 面 的 地 方 开 始 新 增 资 料。插插 入入(insert)-i i 从 光 标 所 在 位 置 前 面 开 始 插 入 资 料，光 标 後 的 资 料 随 新 增 资 料 向 後 移 动。-I I 从 光 标列 的 第 一 个 非 空 白 字 符 前 面 开 始 插 入 资 料。开开 始始(open)-o o 在 光 标 所 在 列 下 新 增 一 列 并 进 入 输 入 模 式。-O O 在 光 标 所 在 列 上 方 新 增 一 列 并 进 入 输 入 模 式。www.embedu.orgvi用法-修改和删除 x x 删除光标所在字符。dddd 删除光标所在的列。r r 修改光标所在字符，r後接著要修正的字符 R R进入取代状态，新增资料会覆改原先资料，直到按ESC回到指令模式下为止。s s 删除光标所在字符，并进入输入模式。S S 删除光标所在的列，并进入输入模式。www.embedu.orgvi用法-退出不保存退出不保存强制性退出保存编辑存入文件filename 中强制性存入文件filename 中()保存并退出（shift+zz）www.embedu.orgvi用法-光标移动移动到当前单词的开始移动到当前单词的结尾向前移动一个单词向前移动一个字符向上移动一行向下移动一行向后移动一个字符www.embedu.orgvi用法-替换操作替换光标所在的字符替换字符序列替换一个单词同替换光标所在的前一字符替换自光标位置至行尾的所有字符同替换当前行www.embedu.orgvi用法-复制与粘贴将光标所在单词拷入剪贴板将光标至行尾的字符拷入剪贴板同将当前行拷入剪贴板将剪贴板中的内容粘贴在光标后将剪贴板中的内容粘贴在光标前www.embedu.orgemacs：欢迎窗口和工作窗口www.embedu.orgemacs：工作模式和保存文档www.embedu.org3.3 gcc编译器www.embedu.orggcc编译器 GNU CC（简称为gcc）是GNU项目中符合ANSI C标准的编译系统，能够编译用C、C+和Object C等语言编写的程序。gcc不仅功能强大，而且可以编译如C、C+、Object C、Java、Fortran、Pascal、Modula-3和Ada等多种语言，而且gcc又是一个交叉平台编译器，它能够在当前CPU平台上为多种不同体系结构的硬件平台开发软件，因此尤其适合在嵌入式领域的开发编译。www.embedu.orggcc编译过程www.embedu.orggcc所支持后缀名解释 www.embedu.orggcc-预处理阶段在该阶段，对包含的头文件（#include）和宏定义（#define、#ifdef等）进行处理。可以使用gcc的选项“-E”让gcc在预处理结束后停止编译过程。rootlocalhost gcc#gcc E hello.c o hello.i/*hello.i*/typedef int(*_gconv_trans_fct)(struct _gconv_step*,struct _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 world!n);return 0;www.embedu.orggcc-编译阶段（1）接下来进行的是编译阶段，在这个阶段中，gcc首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等，以确定代码的实际要做的工作，在检查无误后，gcc把代码翻译成汇编语言。用户可以使用“-S”选项来进行查看，该选项只进行编译而不进行汇编，生成汇编代码。rootlocalhost gcc#gcc S hello.i o hello.swww.embedu.orggcc-编译阶段（2）/*hello.s*/.filehello.c .section.rodata .align 4.LC0:.stringHello!This is our embedded world!.text.globl main .type main,functionmain:pushl%ebp movl%esp,%ebp subl$8,%esp andl$-16,%esp movl$0,%eax addl$15,%eax addl$15,%eax shrl$4,%eax sall$4,%eax subl%eax,%esp subl$12,%esp pushl$.LC0 call puts addl$16,%esp movl$0,%eax leave ret .size main,.-main .identGCC:(GNU)4.0.0 200X0Y19(Red Hat 4.0.0-8).section.note.GNU-stack,progbitswww.embedu.orggcc-常用选项rootlocalhost gcc gcc hello1.c I /root/workplace/gcc/-o hello1www.embedu.orggcc-库选项 函数库分为静态库和动态库两种，静态库是一系列的目标文件（.o文件）的归档文件（文件名格式为libname.a），如果在编译某个程序时链接静态库，则链接器将会搜索静态库，从中提取出它所需要的目标文件并直接拷贝到该程序的可执行二进制文件(ELF格式文件)之中；动态库（文件名格式为libname.so.主版本号.次版本号.发行号）在程序编译时并不会被链接到目标代码中，而是在程序运行时才被载入。www.embedu.orgLinux函数库的创建与使用（1）/*unsgn_pow.c：库程序：库程序*/unsigned long long unsgn_pow(unsigned int x,unsigned int y)unsigned long long res=1;if(y=0)res=1;else if(y=1)res=x;else res=x*unsgn_pow(x,y-1);return res;/*pow_test.c*/#include#include int main(int argc,char*argv)unsigned int x,y;unsigned long long res;if(argc 3)|(sscanf(argv1,%u,&x)!=1)|(sscanf(argv2,%u,&y)!=1)printf(Usage:pow base exponentn);exit(1);res=unsgn_pow(x,y);printf(%u%u=%un,x,y,res);exit(0);www.embedu.org静态库$gcc -c unsgn_pow.c$ar rcsv libpow.a unsgn_pow.oa-unsgn_pow.o$gcc -o pow_test pow_test.c -L.lpow$./pow_test 2 102 10=1024 www.embedu.org动态库$gcc -fPIC -Wall -c unsgn_pow.c$gcc -shared -o libpow.so unsgn_pow.o$gcc -o pow_test pow_test.c -L.lpow 在运行可执行程序之前，需要注册动态库的路径名。其方法有几种：修改/etc/ld.so.conf文件，或者修改LD_LIBRARY_PATH环境变量，或者将库文件直接拷贝到/lib或者/usr/lib目录下（这两个目录为系统的默认的库路径名）。$cp libpow.so/lib$./pow_test 2 102 10=1024 www.embedu.org静态库与动态库的比较动态库只有在使用它的程序执行时才被链接使用，而不是将需要的部分直接编译入可执行文件中，并且一个动态库可以被多个程序使用故可称为共享库，而静态库将会整合到程序中，因此在程序执行时不用加载静态库。从而可知，链接到静态库会使你的程序臃肿，并且难以升级，但是可能会比较容易部署。而链接到动态库会使你的程序轻便，并且易于升级，但是会难以部署。www.embedu.orggcc-警告选项（1）$gcc ansi warning.c o warningwarning.c:在函数“main”中：warning.c:7 警告：在无返回值的函数中，“return”带返回值warning.c:4 警告：“main”的返回类型不是“int”www.embedu.orggcc-警告选项（2）$gcc pedantic warning.c o warningwarning.c:在函数“main”中：warning.c:5 警告：ISO C90不支持“long long”warning.c:7 警告：在无返回值的函数中，“return”带返回值warning.c:4 警告：“main”的返回类型不是“int”$gcc Wall warning.c o warningwarning.c:4 警告：“main”的返回类型不是“int”warning.c:在函数“main”中：warning.c:7 警告：在无返回值的函数中，“return”带返回值warning.c:5 警告：未使用的变量“tmp”www.embedu.orggcc-优化选项gcc可以对代码进行优化，它通过编译选项“-On”来控制优化代码的生成，其中n是一个代表优化级别的整数。不同的优化级别对应不同的优化处理工作。如使用优化选项“-O”主要进行线程跳转（Thread Jump）和延迟退栈（Deferred Stack Pops）两种优化。使用优化选项“-O2”除了完成所有“-O1”级别的优化之外，同时还要进行一些额外的调整工作，如处理器指令调度等。选项“-O3”则还包括循环展开和其他一些与处理器特性相关的优化工作。可能适合使用优化选项的场合：程序发行不太适合使用优化选项的场合：程序开发www.embedu.orggcc-体系结构相关选项www.embedu.org3.4 gdb调试器www.embedu.orggdb使用方法（1）gdb调试器是一款GNU开发组织并发布的UNIX/Linux下的程序调试工具。虽然，它没有图形化的友好界面，但是它强大的功能也足以与微软的VC工具等媲美。$gcc-g test.c-o test$gdb testGNU gdb Red Hat Linux(6.3.0.0-1.21rh)Copyright 2004 Free Software Foundation,Inc.GDB is free software,covered by the GNU General Public License,and you arewelcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions.Type show copying to see the conditions.There is absolutely no warranty for GDB.Type show warranty for details.This GDB was configured as i386-redhat-linux-gnu.Using host libthread_db library/lib/libthread_db.so.1.(gdb)www.embedu.orggdb使用方法（2）(gdb)b 6Breakpoint 1 at 0 x804846d:file test.c,line 6.(gdb)l1#include 2 int sum(int m);3 int main()4 5 int i,n=0;6 sum(50);7 for(i=1;i=50;i+)8 9 n+=i;10 (gdb)l11 printf(The sum of 150 is%d n,n);12 13 14 int sum(int m)15 16 int i,n=0;17 for(i=1;i=m;i+)18 19n+=i;20 21 printf(The sum of 1m is=%dn,n);20 (gdb)b 19(gdb)cBreakpoin 2,sum(m=50)at test.c:1919printf(“The sum of 1-m is%dn”,n);(gdb)bt#0sum(m=50)at test.c:19#10 x080483e8 in main()at test.c:6(gdb)info bNum Type Disp Enb Address What1 breakpoint keep y 0 x0804846d in main at test.c:6(gdb)rStarting program:/root/workplace/gdb/testReading symbols from shared object read from target memory.done.Loaded system supplied DSO at 0 x5fb000Breakpoint 1,main()at test.c:66 sum(50);www.embedu.orggdb使用方法（3）(gdb)p n$1=0(gdb)p i$2=134518440(gdb)nThe sum of 1-m is 12757 for(i=1;i=50;i+)(gdb)ssum(m=50)at test.c:1616 int i,n=0;(gdb)cContinuing.The sum of 1-50 is:1275Program exited with code 031.(gdb)helpList of classes of commands:aliases-Aliases of other commandsbreakpoints-Making program stop at certain pointsdata-Examining datafiles-Specifying and examining filesinternals-Maintenance commandsType help followed by a class name for a list of commands in that class.Type help followed by command name for full documentation.Command name abbreviations are allowed if unambiguous.(gdb)help callCall a function in the program.The argument is the function name and arguments,in the notation of thecurrent working language.The result is printed and saved in the valuehistory,if it is not void.www.embedu.orggdb工作环境相关命令 www.embedu.orggdb设置断点与恢复命令 www.embedu.orggdb中源码查看相关相关命令 www.embedu.orggdb中查看运行数据的相关命令 www.embedu.org3.5 make工程管理器www.embedu.orgmake工程管理器工程管理器，顾名思义，是指管理较多的文件工程管理器，顾名思义，是指管理较多的文件 Make工程管理器也就是个工程管理器也就是个“自动编译管理器自动编译管理器”，这里的这里的“自动自动”是指它能构根据文件时间戳自动是指它能构根据文件时间戳自动发现更新过的文件而减少编译的工作量，同时，发现更新过的文件而减少编译的工作量，同时，它通过读入它通过读入Makefile文件文件的内容来执行大量的文件文件的内容来执行大量的编译工作编译工作 www.embedu.orgmakefile基本结构（1）makefile是make读入的惟一配置文件，因此本节的内容实际就是讲述makefile的编写规则。在一个makefile中通常包含如下内容：需要由make工具创建的目标体（target），通常是目标文件或可执行文件；要创建的目标体所依赖的文件（dependency_file）；创建每个目标体时需要运行的命令（command），这一行必须以制表符（tab键）开头。www.embedu.orgmakefile格式例子使用makefile makefile基本结构（2）target:dependency_filescommand/*该行必须以tab键开头*/hello.o:hello.c hello.h gcc c hello.c o hello.o$make hello.ogcc c hello.c o hello.o$lshello.c hello.h hello.o makefile www.embedu.org创建和使用makefile变量用来代替一个文本字符串 变量定义的两种方式递归展开方式VAR=var简单方式 VAR：=var变量使用$(VAR)OBJS=kang.o yul.oCC=gccCFLAGS=-Wall-O-gdavid:$(OBJS)$(CC)$(OBJS)-o davidkang.o:kang.c kang.h$(CC)$(CFLAGS)-c kang.c-o kang.oyul.o:yul.c yul.h$(CC)$(CFLAGS)-c yul.c-o yul.owww.embedu.orgmakefile变量变量种类用户自定义变量预定义变量自动变量环境变量 OBJS=kang.o yul.oCC=gccCFLAGS=-Wall-O-gdavid:$(OBJS)$(CC)$-o$kang.o:kang.c kang.h$(CC)$(CFLAGS)-c$-o$yul.o:yul.c yul.h$(CC)$(CFLAGS)-c$-o$www.embedu.orgmakefile中常用的预定义变量www.embedu.orgmakefile中常见的自动变量 和环境变量 make在启动时会自动读取系统当前已经定义了的环境变量，并且会创建与之具有相同名称和数值的变量 如果用户在makefile中定义了相同名称的变量，那么用户自定义变量将会覆盖同名的环境变量 www.embedu.orgmakefile规则规则 makefile的规则是make进行处理的依据，它包括了目标体、依赖文件及其之间的命令语句。普通规则隐含规则模式规则www.embedu.org隐式规则隐含规则能够告诉make怎样使用传统的规则完成任务，这样，当用户使用它们时就不必详细指定编译的具体细节，而只需把目标文件列出即可 例子OBJS=kang.o yul.oCC=gccCFLAGS=-Wall-O-gdavid:$(OBJS)$(CC)$-o$www.embedu.org模式规则模式规则是用来定义相同处理规则的多个文件的。它不同于隐式规则，隐式规则仅仅能够用make默认的变量来进行操作，而模式规则还能引入用户自定义变量，为多个文件建立相同的规则，从而简化了makefile的编写模式规则的格式类似于普通规则，这个规则中的相关文件前必须用“%”标明OBJS=kang.o yul.oCC=gccCFLAGS=-Wall-O-gdavid:$(OBJS)$(CC)$-o$%.o:%.c$(CC)$(CFLAGS)-c$-o$www.embedu.orgmake的命令行选项 www.embedu.org3.6 使用autotoolswww.embedu.orgautotools对于一个较大的项目而言编写对于一个较大的项目而言编写makefile难度较大难度较大autotools系列工具只需用户输入简单的目标文件、系列工具只需用户输入简单的目标文件、依赖文件、文件目录等就可以轻松地生成依赖文件、文件目录等就可以轻松地生成makefileautotools工具还可以完成系统配置信息的收集，工具还可以完成系统配置信息的收集，从而可以方便地处理各种移植性的问题从而可以方便地处理各种移植性的问题Linux上的软件开发一般都用上的软件开发一般都用autotools来制作来制作makefilewww.embedu.orgautotools流程图./configureautomakeconfigure.scanconfigure.inaclocal.m4makefilemakefile.inconfig.h.inconfigureautoscanaclocalautoheadermakefile.amwww.embedu.org3.7 实验www.embedu.org实验-vi使用练习1实验目的通过指定指令的vi操作练习，使读者能够熟练使用vi中的常见操作，并且熟悉vi的3种模式，如果读者能够熟练掌握实验内容中所要求的内容，则表明对vi的操作已经很熟练了。2实验内容 详见教材www.embedu.org实验-用gdb调试程序的bug 1实验目的 通过调试一个有问题的程序，使读者进一步熟练使用vi操作，而且熟练掌握gcc编译命令及gdb的调试命令，通过对有问题程序的跟踪调试，进一步提高发现问题和解决问题的能力。这是一个很小的程序，只有35行，希望读者认真调试。2实验内容详见教材www.embedu.org实验-编写包含多文件的makefile1实验目的 通过对包含多文件的makefile的编写，熟悉各种形式的makefile，并且进一步加深对makefile中用户自定义变量、自动变量及预定义变量的理解。2实验过程详见教材www.embedu.org实验-使用autotools生成makefile 1实验目的通过使用autotools生成包含多文件的makefile，进一步掌握autotools的正确使用方法。同时，掌握Linux下安装软件的常用方法。2实验过程 详见教材www.embedu.org思考与练习在Linux下综合使用vi、gcc编译器和gdb调试器开发汉诺塔游戏程序。