Linux下的C编程实战.docx
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1、Linux下的C编程实战Linux下的C编程实战(一)开发平台搭建1 .引言Linux操作系统在服务器领域的应用和普及已经有较长的历史,这源于它的开源特点 以及其超越Windows的安全性和稳定性。而近年来,Linux操作系统在嵌入式系统领域的延伸也可谓是如日中天,许多版本的嵌入式Linux系 统被开发出来,如ucLinux、RTLinux. ARM-Linux等等。在嵌入式操作系统方面,Linux的地位是不容怀疑的,它开源、它包含TCP/IP协议栈、它 易集成GUI。鉴于Linux操作系统在服务器和嵌入式系统领域愈来愈广泛的应用,社会上越来越需 要基于Linux操作系统进行编程的开发人员。浏
2、览许多论坛,经常碰到这样的提问:“现在是不是很流行unix/linux下的c编程?所以 想学习一下!但是不知道该从何学起,如何下手!有什么好的建议吗?各位高手!哪些书籍比较合适初学者?在深入浅出的过程中应该看哪些不同 层次的书?比如好的网站、论坛请大家赐教!不慎感激!”鉴于读者的需求,在本文中,笔者将对Linux平台下C编程的几个方面进行实例讲解,并 力求回答读者们关心的问题,以与读者朋友们进行交流,共同提髙。在本文的连载过程中,有任何问题或建议,您可以给笔者发送email: 21cnbao21 ,您也可以进入笔者的博客参与讨论:笔者建议在PC内存足够大的情况下,不要直接安装Linux操作系统
3、,最好把它安装在运行 VMWare虚拟机软件的Windows平台上,如下图:在Linux平台下,可用任意个文本编辑工具编辑源代码,但笔者建议使用emacs 软件,它具备语法高亮、版本控制等附带功能,如下图2 .GCC编译器GCC是Linux平台下最重要的开发工具,它是GNU的C和C+编译器,其基本用 法为:gcc options filenamesoptions为编译选项,GCC总共提供的编译选项超过100个,但只有少数几个会被频繁使 用,我们仅对几个常用选项进行介绍。假设我们编译一输岀“Hello World的程序:/* Filename:helloworld.c */main()(prin
4、tf(Hello Worldn);)最简单的编译方法是不指定任何编译选项:gcc helloworld.c它会为目标程序生成默认的文件名a.out,我们可用编译选项来为将产生的可执行文件 指定一个文件名来代替a.out。例如,将上述名为helloworld.c的C程序编译为名叫helloworld的可执行文件,需要输入如下命令:gcc - helloworld helloworld.c-c选项告诉GCC仅把源代码编译为目标代码而跳过汇编和连接的步骤:-S编译选项告诉GCC在为C代码产生了汇编语言文件后停止编译。GCC产生的汇编语 言文件的缺省扩展名是.s,上述程序运行如下命令:gcc -S h
5、elloworld.c将生成helloworld.c的汇编代码,使用的是AT&T汇编。用emacs打开汇编代码如下图:-E选项指示编译器仅对输入文件进行预处理。当这个选项被使用时,预处理器的输出被送 到标准输出(默认为屏幕)而不是储存在文件里。-0选项告诉GCC对源代码进行基本优化从而使得程序执行地更快;而2选项告诉GCC 产生尽可能小和尽可能快的代码。使用2选项编译的速度比使用。时慢,但产生的代码执行速度会更快。-g选项告诉GCC产生能被GNU调试器使用的调试信息以便调试你的程序,可喜的是,在 GCC里,我们能联用g和一(产生优化代码)。-pg选项告诉GCC在你的程序里加入额外的代码,执行时
6、,产生gprof用的剖析信息以显 示你的程序的耗时情况。3 .GDB调试器GCC用于编译程序,而Linux的另个GNU工具gdb则用于调试程序。gdb是一 个用来调试c和c+ +程序的强调试器,我们能通过它进行系列调试工作,包括设置断点、观查变量、单步等。其最常用的命令如下:file:装入想要调试的可执行文件。kill:终止正在调试的程序。list:列表显示源代码。next:执行一行源代码但不进入函数内部。step:执行一行源代码而且进入函数内部。run:执行当前被调试的程序quit:终止 gdbwatch:监视个变量的值break:在代码里设置断点,程序执行到这里时挂起make:不退出gdb
7、而重新产生可执行文件shell:不离开gdb而执行shell下面我们来演示怎样用GDB来调试个求0+1 + 2+ 3+-+ 99的程序:/* Filename:sum.c */ main()(int i, sum;sum = 0;for (i = 0; i 100; i+ + )(sum + = i;printf(Hthe sum of 1 + 2+.+ is %dH, sum);)执行如下命令编译sum.c (加一g选项产生debug信息):gcc -g -o sum sum.c在命令行上键入gdb sum并按回车键就可以开始调试sum 了,再运行run命令执行sum , 屏幕上将看到如下内
8、容:list命令:list命令用于列出源代码,对上述程序两次运行list,将出现如下画面(源代码被标行号):根据列出的源程序,如果我们将断点设置在第5行,只需在gdb命令行提示符下键入如下 命令设置断点:(gdb) break 5,执行情况如下图:这个时候我们再run,程序会停止在第5行,如下图: 设置断点的另种语法是break 它在进入指定函数(function)时停住。相反的,clear用于清除所有的已定义的断点,clearfunction清除设置在函数上的断 点,clear 则清除设置在指定行上的断点0watch命令:watch命令用于观查变量或表达式的值,我们观查sum变量只需要运行w
9、atch sum :watch为表达式(变量)expr设置个观察点,量表达式值有变化时,程序会 停止执行。要观查当前设置的watch,可以使用info watchpoints命令。next、step 命令:next, step用于单步执行,在执行的过程中,被watch变量的变化情况将实时呈现(分别 显示 Old value 和 New value),如下图:next、step命令的区别在于step遇到函数调用,会跳转到到该函数定义的开始行去执行, 而next则不进入到函数内部,它把函数调用语句当作一条普通语句执行。4 .Makemake是所有想在Linux系统上编程的用户必须掌握的工具,对于任
10、何稍具规模的程序, 我们都会使用到make,几乎可以说不使用make的程序不具备任何实用价值。在此,我们有必要解释编译和连接的区别。编译器使用源码文件来产生某种形式的目标文件 (object files),在编译过程中,外部的符号参考并没有被解释或替换(即外部全局变量和函数并没有被找到)。因此,在编译阶段所报的错 误一般都是语法错误。而连接器则用于连接目标文件和程序包,生成一个可执行程序。在连接阶段,一个目标文件中对别的文件中的符号的参 考被解释,如果有符号不能找到,会报告连接错误编译和连接的一般步骤是:第一阶段把源文件一个个的编译成目标文件,第二阶段把所有 的目标文件加上需要的程序包连接成一
11、个可执行文件。这样的过程很痛苦,我们需要使用大量的gcc命令。而make则使我们从大量源文件的编译和连接工作中解放出来,综合为步完成。GNU Make的主要工作是读进个文本文件,称为makefile。这个文件记录了哪些文件(目的文件,目的文件不一定是最后的可执行程序,它可以是任何 种文件)由哪些文件(依靠文件)产生,用什么命令来产生。Make依靠此makefile中的信息检查磁盘上的文件,如果目的文件的创建或修 改时间比它的一个依靠文件旧的话,make就执行相应的命令,以便更新目的文件。假设我们写下如下的三个文件,add.h用于声明add函数,add.c提供两个整数相加的函 数体,而main.
12、c中调用add函数:/* filename:add.h */extern int add(int i, int j);/* filename:add.c */int add(int i, int j)return i + j;);/* filename:main.c */# include add.h main()int a, b;a = 2;b = 3;printf(the sum of a+ b is %d,add(a + b);;怎样为上述三个文件产生makefile呢?如下:test : main.o add.gcc main.o add. o testmain.o : main.c
13、add.hgcc -c main.c -o main.oadd.o : add.c add.hgcc -c add.c -o add.o(注意分割符为TAB键)上述makefile利用add.c和add.h文件执行gcc -c add.c -o add.o命令产生add.o目标代码,利用main.c和add.h文件执行gcc -c main.c -omain.o命令产生main.o目标代码,最后利用main.o和add.o文件(两个模块的目标代 码)执行gcc main.o add.o -o test命令产生可执行文件test 我们可在makefile中加入变量,另外。环境变量在make过程中
14、也被解释成make的变 量。这些变量是大小写敏感的,一般使用大写字母。Make变量可以做很多事情,例如:i)存储个文件名列表:ii)存储可执行文件名;iii)存储编译器选项。要定义个变量,只需要在一行的开始写下这个变量的名字,后面跟个=号,再跟变量的 值。引用变量的方法是写个$符号,后面跟(变量名)。我们把前面的makefile利用变量重写一遍(并假设使用Wall -g编译选 项):OBJS = main.o add.CC = gccCFLAGS = -Wall -O -gtest : $(OBJS)$(CC) $(OBJS) -o testmain.o : main.c add.h$(CC)
15、 $(CFLAGS) -c main.c -o main.oadd.o : add.c add.h$(CC) $(CFLAGS) -c add.c -o add.omakefile中还可定义清除(clean)目标,可用来清除编译过程中产生的中间文件,例如 在上述makefile文件中添加下列代码:clean:rm -f * .0运行make clean时,将执行rmf *.命令,删除所有编译过程中产生的中间文件。不管怎么说,自己动手编写makefile仍然是很复杂和烦琐的,而且很容易出错。因此,GNU 也为我们提供了 Automake和Autoconf来辅助快速自动产生makefile,读者可
16、以参阅相关资料。本章主要阐述了 Linux程序的编写、编译、调试方法及make,实际上就是引导读者学习 怎样在Linux下编程,为后续章节做好准备。Linux下的C编程实战(二)文件系统编程1 .Linux文件系统Linux 支持多种文件系统,如 ext、ext2、minix、iso966、msdos、fat、vfat nfs等。在这些具体文件系统的上层,Linux提供了虚拟文件系统(VFS)来统它们的行为,虚拟文件系统为不同的文件系统与内核的通信提供了 一致的接口。下图给出了 Linux中文件系统的关系:在Linux平台下对文件编程可以使用两类函数:(1) Linux操作系统文件AR; (2
17、) C语言I/。库函数。 前者依赖于Linux系统调用,后者实际上与操作系统是独立的,因为在任何操作系统下,使用C语言I/O库函数操作文 件的方法都是相同的。本章将对这两种方法进行实例讲解。2 .Linux 文件 APILinux的文件操作API涉及到创建、打开、读写和关闭文件。创建int creat(const char * filename, mode_t mode);参数mode指定新建文件的存取权限,它同umask 一起决定文件的最终权限 (mode&umask),其中umask代表了文件在创建时需要去掉的些存取权限。umask可通过系统调用umask()来改变:int umask(i
18、nt newmask);该调用将umask设置为newmask,然后返回旧的umask,它只影响读、写和执行权限。打开int open(const char * pathname, int flags);int open(const char * pathname, int flags, mode_t mode);open函数有两个形式,其中pathname是我们要打开的文件名(包含路径名称,缺省是认 为在当前路径下面),flags可以去下面的一个值或者是几个值的组合:标志含义O_RDONLY以只读的方式打开文件O_WRONLY以只写的方式打开文件O_RDWR以读写的方式打开文件O_APPEN
19、D以追加的方式打开文件O_CREAT创建一个文件O_EXEC如果使用了CREAT而且文件已经存在,就会发生一个错误O_NOBLOCK以非阻塞的方式打开个文件O_TRUNC如果文件已经存在,则删除文件的内容RDONLY、O_WRONLYRDWR三个标志只能使用任意的个。如果使用了CREATE标志,则使用的函数是int open(const char * pathname,int flags,mode_t mode);这个时候我们还要指定mode标志,用来表示文件的访问权限。mode可以是以下情况的组合: 标志含义S_l RUSR用户可以读S_IWUSR用户可以写S_IXUSR用户可以执行S_l
20、RWXU用户可以读、写、执行S_l RGRP组可以读SWGRP组可以写S_IXGRP组可以执行S_l RWXG组可以读写执行S_l ROTH其他人可以读S_l WOTH其他人可以写S_l XOTH其他人可以执行S_l RWXO其他人可以读、写、执行S_ISUID设置用户执行IDS_l SGI D设置组的执行I D除了可以通过上述宏进行“或”逻辑产生标志以外,我们也可以自己用数字来表示,Linux 总共用5个数字来表示文件的各种权限:第一位表示设置用户ID;第二位表示设置组ID;第三位表示用户自己的权限位;第四位表示组的权限;最后一位表示其他人的权限。每个数字可以取1(执行权限)、2(写权限)、
21、4(读权限)、0(无)或者是这些值的和。例如,要创建一个用户可读、 可写、可执行,但是组没有权限,其他人可以读、可以执行的文件,并设置用户ID位。那么,我们应该使用的模式是1(设置用户ID)、0(不 设置组ID)、7(1 + 2+4,读、写、执行)、0(没有权限)、5(1 + 4,读、执行)即 10705:open(test, O_CREAT, 10705);上述语句等价于:open(test, O_CREAT, S_lRWXU | S_lROTH | S_lXOTH | S_ISUID );如果文件打开成功,open函数会返回一个文件描述符,以后对该文件的所有操作就可以通 过对这个文件描述符
22、进行操作来实现。读写在文件打开以后,我们可对文件进行读写了,Linux中提供文件读写的系统调用是read、 write函数:int read(int fd, const void * buf, size_t length);int write(int fd, const void * buf, size_t length);其中参数buf为指向缓冲区的指针,length为缓冲区的大小(以字节为单位)。函数read() 实现从文件描述符fd所指定的文件中读取!ength个字节到buf所指向的缓冲区中,返回值为实际读取的字节数。函数write实现将把length个 字节从buf指向的缓冲区中写到文
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- Linux 编程 实战
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