第3章 Linux下的C编程基础

华清远见－嵌入式培训专家（）第3章Linux下的C编程基础本章目标在熟悉了Linux常见命令，能够在Linux中熟练操作之后，本章将带领读者学习在Linux中进行C语言编程的基本技能。学习了本章后，读者能够掌握如下内容。熟悉Linux系统下的开发环境熟悉Vi的基本操作熟练Emacs的基本操作熟悉Gcc编译器的基本原理熟练使用Gcc编译器的常用选项熟练使用Gdb调试技术熟悉Makefile基本原理及语法规范熟练使用autoconf和automake来生成Makefile3.1Linux下C语言编程概述3.1.1C语言简单回顾C语言最早是由贝尔实验室的DennisRitchie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Ｃ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ANSIC。ANSIC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。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“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║62嵌入式应用程序开发详解《嵌入式Linux应用程序开发详解》图书样章来。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。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。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。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。3.1.2Linux下C语言编程环境概述Linux下的C语言程序设计与在其他环境中的C程序设计一样，主要涉及到编辑器、编译链接器、调试器及项目管理工具。现在我们先对这4种工具进行简单介绍，后面会对其一一进行讲解。（1）编辑器Linux下的编辑器就如Windows下的word、记事本等一样，完成对所录入文字的编辑功能。Linux中最常用的编辑器有Vi（Vim）和Emacs，它们功能强大，使用方便，广受编程爱好者的喜爱。在本书中，着重介绍Vi和Emacs。（2）编译链接器编译是指源代码转化生成可执行代码的过程，它所完成工作主要如图3.1所示。可见，在编译过程是非常复杂的，它包括词法、语法和语义的分析、中间代码的生成和优化、符号表的管理和出错处理等。在Linux中，最常用的编译器是Gcc编译器。它是GNU推出的功能强大、性能优越的多平台编译器，其执行效率与一般的编译器相比平均效率要高20%～30%，堪称为GNU的代表作品之一。（3）调试器调试器并不是代码执行的必备工具，而是专为程序员方便调试程序而用的。有编程经验的读者都知道，在编程的过程当中，往往调试所消耗的时间远远大于编写代码的时间。因此，有一个功能强大、使用方便的调试器是必不可少的。Gdb是绝大多数Linux开发人员所使用的调试器，它可以方便地设置断点、单步跟踪等，足源代码*.c预处理器头文件*.h编译器目标代码*.o可执行文件引导代码库函数汇编处理链接图3.1编译过程第3章Linux下的C编程基础63║华清远见“嵌入式Linux应用开发班”培训教材以满足开发人员的需要。（4）项目管理器Linux中的项目管理器“make”有些类似于Windows中VisualC++里的“工程”，它是一种控制编译或者重复编译软件的工具，另外，它还能自动管理软件编译的内容、方式和时机，使程序员能够把精力集中在代码的编写上而不是在源代码的组织上。3.2进入ViLinux系统提供了一个完整的编辑器家族系列，如Ed、Ex、Vi和Emacs等。按功能它们可以分为两大类：行编辑器（Ed、Ex）和全屏幕编辑器（Vi、Emacs）。行编辑器每次只能对一行进行操作，使用起来很不方便。而全屏幕编辑器可以对整个屏幕进行编辑，用户编辑的文件直接显示在屏幕上，从而克服了行编辑的那种不直观的操作方式，便于用户学习和使用，具有强大的功能。Vi是Linux系统的第一个全屏幕交互式编辑程序，它从诞生至今一直得到广大用户的青睐，历经数十年仍然是人们主要使用的文本编辑工具，足以见其生命力之强，而强大的生命力是其强大的功能带来的。由于大多数读者在此之前都已经用惯了Windows的word等编辑器，因此，在刚刚接触时总会或多或少不适应，但只要习惯之后，就能感受到它的方便与快捷。3.2.1Vi的模式Vi有3种模式，分别为命令行模式、插入模式及命令行模式各模式的功能，下面具体进行介绍。（1）命令行模式用户在用Vi编辑文件时，最初进入的为一般模式。在该模式中可以通过上下移动光标进行删除字符”或“整行删除”等操作，也可以进行“复制”、“粘贴”等操作，但无法编辑文字。（2）插入模式只有在该模式下，用户才能进行文字编辑输入，用户课按[ESC]键回到命令行模式。（3）底行模式在该模式下，光标位于屏幕的底行。用户可以进行文件保存或退出操作，也可以设置编辑环境，如寻找字符串、列出行号等。3.2.2Vi的基本流程（1）进入Vi，即在命令行下键入Vihello（文件名）。此时进入的是命令行模式，光标位于屏幕的上方，如图3.2所示。（2）在命令行模式下键入i进入到插入模式，如图3.3所示。可以看出，在屏幕底部显示有“插入”表示插入模式，在该模式下可以输入文字信息。║64嵌入式应用程序开发详解《嵌入式Linux应用程序开发详解》图书样章图3.2进入Vi命令行模式图3.3进入Vi插入模式（3）最后，在插入模式中，输入“Esc”，则当前模式转入命令行模式，并在底行行中输入“:wq”（存盘退出）进入底行模式，如图3.4所示。这样，就完成了一个简单的Vi操作流程：命令行模式→插入模式→底行模式。由于Vi在不同的模式下有不同的操作功能，因此，读者一定要时刻注意屏幕最下方的提示，分清所在的模式。第3章Linux下的C编程基础65║华清远见“嵌入式Linux应用开发班”培训教材图3.4进入Vi底行模式3.2.3Vi的各模式功能键（1）命令行模式常见功能键如表3.1所示。表3.1Vi命令行模式功能键目录目录内容I切换到插入模式，此时光标当于开始输入文件处A切换到插入模式，并从目前光标所在位置的下一个位置开始输入文字O切换到插入模式，且从行首开始插入新的一行[ctrl]+[b]屏幕往“后”翻动一页[ctrl]+[f]屏幕往“前”翻动一页[ctrl]+[u]屏幕往“后”翻动半页[ctrl]+[d]屏幕往“前”翻动半页0（数字0）光标移到本行的开头G光标移动到文章的最后nG光标移动到第n行$移动到光标所在行的“行尾”nEnter光标向下移动n行/name在光标之后查找一个名为name的字符串?name在光标之前查找一个名为name的字符串X删除光标所在位置的“后面”一个字符续表║66嵌入式应用程序开发详解《嵌入式Linux应用程序开发详解》图书样章目录目录内容X删除光标所在位置的“前面”一个字符dd删除光标所在行ndd从光标所在行开始向下删除n行yy复制光标所在行nyy复制光标所在行开始的向下n行p将缓冲区内的字符粘贴到光标所在位置（与yy搭配）U恢复前一个动作（2）插入模式的功能键只有一个，也就是Esc退出到命令行模式。（3）底行模式常见功能键如表3.2所示。表3.2Vi底行模式功能键目录目录内容:w将编辑的文件保存到磁盘中:q退出Vi（系统对做过修改的文件会给出提示）:q!强制退出Vi（对修改过的文件不作保存）:wq存盘后退出:w[filename]另存一个命为filename的文件:setnu显示行号，设定之后，会在每一行的前面显示对应行号:setnonu取消行号显示注意Vi的升级版Vim已经问世了，功能相当强大，且保持与Vi的90%相兼容，因此，感兴趣的读者可以查看相关资料进行学习。3.3初探Emacs正如前面所述，Vi是一款功能非常强大的编辑器，它能够方便、快捷、高效地完成用户的任务，那么，在此再次向读者介绍另一款编辑器是否多此一举呢？答案是否定的。因为Emacs不仅仅是一款功能强大的编译器，而且是一款融合编辑、编译、调试于一体的开发环境。虽然，它没有VisualSdiao一样绚丽的界面，但是它可以在没有图形显示的终端环境下出色的工作，相信追求强大功能和工作效率的任务并不会介意它朴素的界面的。Emacs的使用和Vi截然不同。在Emacs里，没有类似于Vi的3种“模式”。Emacs只有一种模式，也就是编辑模式，而且它的命令全靠功能键完成。因此，功能键也就相当重要了。但Emacs却还使用一个不同Vi的“模式”，它的“模式”是指各种辅助环境。比如，当第3章Linux下的C编程基础67║华清远见“嵌入式Linux应用开发班”培训教材编辑普通文本时，使用的是“文本模式（TxtMode）”，而当他们写程序时，使用的则是如“c模式”、“Shell模式”等。下面，首先来介绍一下Emacs中作为编辑器的使用方法，以帮助读者熟悉Emacs的环境。注释Emacs缩写注释：C-chr表示按住Ctrl键的同时键入字符chr。因此，C-f就表示按住Ctrl键同时键入f。M-chr表示当键入字符chr时同时按住Meta或Edit或Alt键（通常为Alt键）。3.3.1Emacs的基本操作1．Emacs安装现在较新版本的Linux（如本书中所用的RedHatEnterprise4AS）的安装光盘中一般都自带有Emacs的安装包，用户可以通过安装光盘进行安装（一般在第2张光盘中）。2．启动Emacs安装完Emacs之后，只需在命令行键入“emacs[文件名]”（若缺省文件名，也可在emacs编辑文件后另存时指定），也可从“编程”→“emacs”打开，3.5图中所示的就是从“编程”→“emacs”打开的Emacs欢迎界面。图3.5Emacs欢迎界面接着可单击任意键进入Emacs的工作窗口，如图3.6所示。从图中可见，Emacs的工作窗口分为上下两个部分，上部为编辑窗口，底部为命令显示窗口，用户执行功能键的功能都会在底部有相应的显示，有时也需要用户在底部窗口输入相应的命令，如查找字符串等。║68嵌入式应用程序开发详解《嵌入式Linux应用程序开发详解》图书样章图3.6Emacs的工作窗口3．进入Emacs在进入Emacs后，即可进行文件的编辑。由于Emacs只有一种编辑模式，因此用户无需进行模式间的切换。下面介绍Emacs中基本编辑功能键。（1）移动光标虽然在Emacs中可以使用“上”、“下”、“左”、“右”方向键来移动单个字符，但笔者还是建议读者学习其对应功能键，因为它们不仅能在所有类型的终端上工作，而且读者将会发现在熟练使用之后，输入这些Ctrl加字符会比按方向键快很多。下表3.3列举了Emacs中光标移动的常见功能键。表3.3Emacs光标移动功能键目录目录内容目录目录内容C-f向前移动一个字符M-b向后移动一个单词C-b向后移动一个字符C-a移动到行首C-p移动到上一行C-e移动到行尾C-n移动到下一行M-（M加“小于号”）移动光标到整个文本的开头M-f向前移动一个单词M-（M加“大于号”）移动光标到整个文本的末尾（2）剪切和粘贴在Emacs中可以使用“Delete”和