第五章 UNIX下的C语言开发环境

UnixProgramming第四章UNIX下的C语言开发环境UnixProgramming6.1程序设计环境学习程序设计从程序语言开始，但还应了解程序执行和程序与外界的交互问题。1.理想态的程序运行环境程序计算机磁盘显示器键盘打印机用户程序直接控制和使用各种设备，完成各种操作。UnixProgramming针对一个简单程序：main(){intc;while((c=getchar())!=EOF)putchar(c);}程序计算机显示器键盘Putchar()getchar()认为执行过程为：在单用户单任务环境中基本符合。UnixProgramming2.多任务环境下程序执行多任务中每一时刻都会有多个用户程序提出访问请求，因此会有：程序程序程序程序程序计算机磁盘打印机显示器键盘显示器键盘显示器键盘如此混乱的情况，程序将无法运行。UnixProgramming为使多道环境中的程序正确执行，需要OS管理。程序程序程序程序程序计算机磁盘打印机显示器键盘显示器键盘显示器键盘用户程序空间系统核心空间UNIX内核磁盘??绘图仪用户程序需要系统核心区程序的管理，达到各自任务的执行。UnixProgramming6.2基于系统支持的程序设计1.建立系统编程的思想•理解多道环境程序执行状况，转换用户程序是执行主体的认识。•了解OS可提供的服务及服务方式。•充分利用OS提供服务功能解决实际问题。•尽量使编写的程序最大限度的满足系统平台的支持能力。UnixoperatingsystemUnixoperatingsystem1.gcc与gdb•1.1UNIX和C语言–C是一种在UNIX操作系统的早期就被广泛使用的通用编程语言，它最早是由贝尔实验室的DennisRitchie为了UNIX的辅助开发而写的。–C是所有版本的UNIX上的系统语言。–几乎任何一种计算机上都有至少一种能用的C编译器；并且它的语法和函数库在不同的平台上都是统一的。–80年代末期美国国家标准协会(AmericanNationalStandardsInstitute)发布了一个被称为ANSIC的C语言标准，这保证了在不同平台上的C的一致性。7UnixoperatingsystemUnixoperatingsystem1.gcc与gdb•1.2GNUC编译器–GNUC编译器(gcc)是一个全功能的ANSIC兼容编译器，它是所有UNIX系统可用的C编译器。–gcc是可以在多种硬体平台上编译出可执行程序的超级编译器，其执行效率与一般的编译器相比平均效率要高20%~30%。8UnixoperatingsystemUnixoperatingsystem3.1LINUX下C语言编程概述UnixoperatingsystemUnixoperatingsystem1.gcc与gdb•gcc编译过程：–预处理，对源代码文件中的文件包含(include)、预编译语句(如宏定义define等)进行分析。–编译，就是把C/C++代码“翻译”成汇编代码。–汇编，将第二步输出的汇编代码翻译成符合一定格式的机器代码，生成以.o为后缀的目标文件。–链接，将上步生成的目标文件和系统库的目标文件和库文件链接起来，最终生成了可以在特定平台运行的可执行文件。10UnixoperatingsystemUnixoperatingsystem1.Gcc编译流程解析如本章开头提到的，Gcc的编译流程分为了4个步骤，分别为：·预处理（Pre-Processing）；·编译（Compiling）；·汇编（Assembling）；·链接（Linking）。下面就具体来查看一下Gcc是如何完成4个步骤的。首先，有以下hello.c源代码：#includestdio.hintmain(){printf(Hello!Thisisourembeddedworld!\n);return0;}3.3Gcc编译器UnixoperatingsystemUnixoperatingsystem（1）预处理阶段在该阶段，编译器将上述代码中的stdio.h编译进来，并且用户可以使用Gcc的选项“-E”进行查看，该选项的作用是让Gcc在预处理结束后停止编译过程。[root@localhostGcc]#Gcc–Ehello.c–ohello.i在此处，选项“-o”是指目标文件，由上表可知，“.i”文件为已经过预处理的C原始程序。以下列出了hello.i文件的部分内容：typedefint(*__gconv_trans_fct)(struct__gconv_step*,struct__gconv_step_data*,void*,__constunsignedchar*,__constunsignedchar**,__constunsignedchar*,unsignedchar**,size_t*);…UnixoperatingsystemUnixoperatingsystem•#2hello.c2•intmain()•{•printf(Hello!Thisisourembeddedworld!\n);•return0;•}•由此可见，Gcc确实进行了预处理，它把“stdio.h”的内容插入到hello.i文件中。UnixoperatingsystemUnixoperatingsystem（2）编译阶段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。[root@localhostGcc]#Gcc–Shello.i–ohello.s以下列出了hello.s的内容，可见Gcc已经将其转化为汇编了，感兴趣的读者可以分析一下这一行简单的C语言小程序是如何用汇编代码实现的。.filehello.c“.section.rodata.align4.LC0:.stringHello!Thisisourembeddedworld!.text.globlmain.typemain,@functionmain:pushl%ebpmovl%esp,%ebpsubl$8,%espandl$-16,%espmovl$0,%eaxaddl$15,%eax.section.note.GNU-stack,,@progbitsUnixoperatingsystemUnixoperatingsystem（3）汇编阶段汇编阶段是把编译阶段生成的“.s”文件转成目标文件，读者在此可使用选项“-c”就可看到汇编代码已转化为“.o”的二进制目标代码了。如下所示：[root@localhostGcc]#Gcc–chello.s–ohello.oGcc编译器UnixoperatingsystemUnixoperatingsystem（4）链接阶段在成功编译之后，就进入了链接阶段。在这里涉及到一个重要的概念：函数库。读者可以重新查看这个小程序，在这个程序中并没有定义“printf”的函数实现，且在预编译中包含进的“stdio.h”中也只有该函数的声明，而没有定义函数的实现，那么，是在哪里实现“printf”函数的呢？最后的答案是：系统把这些函数实现都被做到名为libc.so.6的库文件中去了，在没有特别指定时，Gcc会到系统默认的搜索路径“/usr/lib”下进行查找，也就是链接到libc.so.6库函数中去，这样就能实现函数“printf”了，而这也就是链接的作用。函数库一般分为静态库和动态库两种。静态库是指编译链接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，因此生成的文件比较大，但在运行时也就不再需要库文件了。其后缀名一般为“.a”。动态库与之相反，在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中，而是在程序执行时由运行时链接文件加载库，这样可以节省系统的开销。动态库一般后缀名为“.so”，如前面所述的libc.so.6就是动态库。Gcc在编译时默认使用动态库。完成了链接之后，Gcc就可以生成可执行文件，如下所示。[root@localhostGcc]#Gcchello.o–ohello运行该可执行文件，出现正确的结果如下。[root@localhostGcc]#./helloHello!Thisisourembeddedworld!UnixoperatingsystemUnixoperatingsystemGcc编译选项:Gcc编译器UnixoperatingsystemUnixoperatingsystem1.UNIX下的C语言开发环境•gcc遵循的文件类型规定–.c为后缀的文件，C语言源代码文件；–.a为后缀的文件，是由目标文件构成的档案库文件；–.C，.cc或.cxx为后缀的文件，是C++源代码文件；–.h为后缀的文件，是程序所包含的头文件；–.i为后缀的文件，是已经预处理过的C源代码文件；–.ii为后缀的文件，是已经预处理过的C++源代码文件；–.m为后缀的文件，是Objective-C源代码文件；–.o为后缀的文件，是编译后的目标文件；–.s为后缀的文件，是汇编语言源代码文件；–.S为后缀的文件，是经过预编译的汇编语言源代码文件。18UnixoperatingsystemUnixoperatingsystem头文件•头文件是用来提供常量的定义和系统和函数调用的声明，这些头文件通常放在/usr/include和其子目录中。根据不同的Linux版本，头文件可能放在/usr/include/sys和/usr/include/linux.#includestdio.hUnixoperatingsystemUnixoperatingsystem库函数•库函数是一些预先编译好的函数的集合，这些函数可以有很好的重用性。通常来讲，它们包含有相关的函数集合来完成一项常用任务。典型的库函数有屏幕处理函数（curses和ncurses库）和数据库访问函数（dbm库）。•标准系统函数通常存放在/lib和/usr/lib中。C编译器需要被告知搜索哪个库，否则缺省情况下只搜索标准库。传统静态库.a•Examplesare/usr/lib/libc.aand/usr/X11/lib/libX11.aforthestandardClibraryandtheX11library共享库.so•OnatypicalLinuxsystem,thesharedversionofthestandardmathlibraryis/usr/lib/libm.soUnixoperatingsystemUnixoperatingsystem1.gcc与gdb•1.5gdb调试和分析选项–gdb基本命令•file装入想要调试的可执行文件；•kill终止正在调试的程序；•list列出产生执行文件的源代码的一部分；•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gdb；•watch使你能监视一个变量的值而不管它何时被改变；•break在代码里设置断点,这将使程序执行到这里时被挂起；•make使你能不退出gdb就可以重新产生可执行文件；•shell使你能不离开gdb就执行UNIXshell命令.21UnixoperatingsystemUnixoperatingsystem1.gcc与gdb•gdb调试举例/*gdbtest.c*/#includestdio.hintsum(intm);intmain(intargc,char**argv){inti,n=0;sum(50);for(i=1;i=50;i++){n+=i;}printf(“Thesumof1-50is%d\n”,n);}intsum(intm){inti,n=0;for(i=1;i=m;i++){n+=i;}printf(“Thesumof1-%dis%d\n”,m,n);}例：$gcc-Wa