Linux下C語言編程收

1、Linux 下 C 語言編程 收Linux下C語言編程-收2010-06-24 09：52原著：Rick McMullin前言Linux的發(fā)行版中包含了很多軟件開發(fā)工具.它們中的很多是用于C和C+應用程序開發(fā)的.本文介紹了在Linux下能用于C應用程序開發(fā)和調(diào)試的工具.本文的主旨是介紹如何在Linux下使用C編譯器和其他C編程工具,而非C語言編程的教程.在本文中你將學到以下知識：什么是CGNU C編譯器用gdb來調(diào)試GCC應用程序你也能看到隨Linux發(fā)行的其他有用的C編程工具.這些工具包括源程序美化程序(pretty print programs),附加的調(diào)試工具,函數(shù)原型自動生成工具(au

2、tomatic function prototypers).源程序美化程序(pretty print programs)自動幫你格式化源代碼產(chǎn)生始終如一的縮進格式.什么是C?C是一種在UNIX操作系統(tǒng)的早期就被廣泛使用的通用編程語言.它最早是由貝爾實驗室的Dennis Ritchie為了UNIX的輔助開發(fā)而寫的,開始時UNIX是用匯編語言和一種叫B的語言編寫的.從那時候起,C就成為世界上使用最廣泛計算機語言.C能在編程領(lǐng)域里得到如此廣泛支持的原因有以下一些：它是一種非常通用的語言.幾乎你所能想到的任何一種計算機上都有至少一種能用的C編譯器.并且它的語法和函數(shù)庫在不同的平臺上都是統(tǒng)一的,這個特性

3、對開發(fā)者來說很有吸引力.用C寫的程序執(zhí)行速度很快.C是所有版本的UNIX上的系統(tǒng)語言.C在過去的二十年中有了很大的發(fā)展.在80年代末期美國國家標準協(xié)會(American National Standards Institute)發(fā)布了一個被稱為ANSI C的C語言標準.這更加保證了將來在不同平臺上的C的一致性.在80年代還出現(xiàn)了一種C的面向?qū)ο蟮臄U展稱為C+.C+將在另一篇文章C+編程中描述.Linux上可用的C編譯器是GNU C編譯器,它建立在自由軟件基金會的編程許可證的基礎上,因此可以自由發(fā)布.你能在Linux的發(fā)行光盤上找到它.GNU C編譯器隨Slackware Linux發(fā)行的GNU

4、 C編譯器(GCC)是一個全功能的ANSI C兼容編譯器.如果你熟悉其他操作系統(tǒng)或硬件平臺上的一種C編譯器,你將能很快地掌握GCC.本節(jié)將介紹如何使用GCC和一些GCC編譯器最常用的選項.使用GCC通常后跟一些選項和文件名來使用GCC編譯器.gcc命令的基本用法如下：gccoptionsfilenames命令行選項指定的操作將在命令行上每個給出的文件上執(zhí)行.下一小節(jié)將敘述一些你會最常用到的選項.GCC選項GCC有超過100個的編譯選項可用.這些選項中的許多你可能永遠都不會用到,但一些主要的選項將會頻繁用到.很多的GCC選項包括一個以上的字符.因此你必須為每個選項指定各自的連字符,并且就象大多數(shù)

5、Linux命令一樣你不能在一個單獨的連字符后跟一組選項.例如,下面的兩個命令是不同的：gcc-p-g test.c gcc-pg test.c第一條命令告訴GCC編譯test.c時為prof命令建立剖析(profile)信息并且把調(diào)試信息加入到可執(zhí)行的文件里.第二條命令只告訴GCC為gprof命令建立剖析信息.當你不用任何選項編譯一個程序時,GCC將會建立(假定編譯成功)一個名為a.out的可執(zhí)行文件.例如,下面的命令將在當前目錄下產(chǎn)生一個叫a.out的文件：gcc test.c你能用-o編譯選項來為將產(chǎn)生的可執(zhí)行文件指定一個文件名來代替a.out.例如,將一個叫count.c的C程序編譯為名

6、叫count的可執(zhí)行文件,你將輸入下面的命令：gcc-o count count.c當你使用-o選項時,-o后面必須跟一個文件名.GCC同樣有指定編譯器處理多少的編譯選項.-c選項告訴GCC僅把源代碼編譯為目標代碼而跳過匯編和連接的步驟.這個選項使用的非常頻繁因為它使得編譯多個C程序時速度更快并且更易于管理.缺省時GCC建立的目標代碼文件有一個.o的擴展名.-S編譯選項告訴GCC在為C代碼產(chǎn)生了匯編語言文件后停止編譯.GCC產(chǎn)生的匯編語言文件的缺省擴展名是.s.-E選項指示編譯器僅對輸入文件進行預處理.當這個選項被使用時,預處理器的輸出被送到標準輸出而不是儲存在文件里.優(yōu)化選項當你用GCC編譯

7、C代碼時,它會試著用最少的時間完成編譯并且使編譯后的代碼易于調(diào)試.易于調(diào)試意味著編譯后的代碼與源代碼有同樣的執(zhí)行次序,編譯后的代碼沒有經(jīng)過優(yōu)化.有很多選項可用于告訴GCC在耗費更多編譯時間和犧牲易調(diào)試性的基礎上產(chǎn)生更小更快的可執(zhí)行文件.這些選項中最典型的是-O和-O2選項.-O選項告訴GCC對源代碼進行基本優(yōu)化.這些優(yōu)化在大多數(shù)情況下都會使程序執(zhí)行的更快.-O2選項告訴GCC產(chǎn)生盡可能小和盡可能快的代碼.-O2選項將使編譯的速度比使用-O時慢.但通常產(chǎn)生的代碼執(zhí)行速度會更快.除了-O和-O2優(yōu)化選項外,還有一些低級選項用于產(chǎn)生更快的代碼.這些選項非常的特殊,而且最好只有當你完全理解這些選項將會

8、對編譯后的代碼產(chǎn)生什么樣的效果時再去使用.這些選項的詳細描述,請參考GCC的指南頁,在命令行上鍵入man gcc.調(diào)試和剖析選項GCC支持數(shù)種調(diào)試和剖析選項.在這些選項里你會最常用到的是-g和-pg選項.-g選項告訴GCC產(chǎn)生能被GNU調(diào)試器使用的調(diào)試信息以便調(diào)試你的程序.GCC提供了一個很多其他C編譯器里沒有的特性,在GCC里你能使-g和-O(產(chǎn)生優(yōu)化代碼)聯(lián)用.這一點非常有用因為你能在與最終產(chǎn)品盡可能相近的情況下調(diào)試你的代碼.在你同時使用這兩個選項時你必須清楚你所寫的某些代碼已經(jīng)在優(yōu)化時被GCC作了改動.關(guān)于調(diào)試C程序的更多信息請看下一節(jié)用gdb調(diào)試C程序.-pg選項告訴GCC在你的程序里

9、加入額外的代碼,執(zhí)行時,產(chǎn)生gprof用的剖析信息以顯示你的程序的耗時情況.關(guān)于gprof的更多信息請參考gprof一節(jié).用gdb調(diào)試GCC程序Linux包含了一個叫g(shù)db的GNU調(diào)試程序.gdb是一個用來調(diào)試C和C+程序的強力調(diào)試器.它使你能在程序運行時觀察程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)存的使用情況.以下是gdb所提供的一些功能：它使你能監(jiān)視你程序中變量的值.它使你能設置斷點以使程序在指定的代碼行上停止執(zhí)行.它使你能一行行的執(zhí)行你的代碼.在命令行上鍵入gdb并按回車鍵就可以運行g(shù)db了,如果一切正常的話,gdb將被啟動并且你將在屏幕上看到類似的內(nèi)容：GDB is free software and yo

10、u are welcome to distribute copies of it under certain conditions；typeshow copyingto see the conditions.There is absolutely no warranty for GDB；typeshow warrantyfor details.GDB 4.14(i486-slakware-linux),Copyright 1995 Free Software Foundation,Inc.(gdb)當你啟動gdb后,你能在命令行上指定很多的選項.你也可以以下面的方式來運行g(shù)db：gdb fna

11、me當你用這種方式運行g(shù)db,你能直接指定想要調(diào)試的程序.這將告訴gdb裝入名為fname的可執(zhí)行文件.你也可以用gdb去檢查一個因程序異常終止而產(chǎn)生的core文件,或者與一個正在運行的程序相連.你可以參考gdb指南頁或在命令行上鍵入gdb-h得到一個有關(guān)這些選項的說明的簡單列表.為調(diào)試編譯代碼(Compiling Code for Debugging)為了使gdb正常工作,你必須使你的程序在編譯時包含調(diào)試信息.調(diào)試信息包含你程序里的每個變量的類型和在可執(zhí)行文件里的地址映射以及源代碼的行號.gdb利用這些信息使源代碼和機器碼相關(guān)聯(lián).在編譯時用-g選項打開調(diào)試選項.gdb基本命令gdb支持很多的

12、命令使你能實現(xiàn)不同的功能.這些命令從簡單的文件裝入到允許你檢查所調(diào)用的堆棧內(nèi)容的復雜命令,表27.1列出了你在用gdb調(diào)試時會用到的一些命令.想了解gdb的詳細使用請參考gdb的指南頁.表27.1.基本gdb命令.命令描述file裝入想要調(diào)試的可執(zhí)行文件.kill終止正在調(diào)試的程序.list列出產(chǎn)生執(zhí)行文件的源代碼的一部分.next執(zhí)行一行源代碼但不進入函數(shù)內(nèi)部.step執(zhí)行一行源代碼而且進入函數(shù)內(nèi)部.run執(zhí)行當前被調(diào)試的程序quit終止gdb watch使你能監(jiān)視一個變量的值而不管它何時被改變.break在代碼里設置斷點,這將使程序執(zhí)行到這里時被掛起.make使你能不退出gdb就可以重新產(chǎn)

13、生可執(zhí)行文件.shell使你能不離開gdb就執(zhí)行UNIX shell命令.gdb支持很多與UNIX shell程序一樣的命令編輯特征.你能象在bash或tcsh里那樣按Tab鍵讓gdb幫你補齊一個唯一的命令,如果不唯一的話gdb會列出所有匹配的命令.你也能用光標鍵上下翻動歷史命令.gdb應用舉例本節(jié)用一個實例教你一步步的用gdb調(diào)試程序.被調(diào)試的程序相當?shù)暮唵?但它展示了gdb的典型應用.下面列出了將被調(diào)試的程序.這個程序被稱為greeting,它顯示一個簡單的問候,再用反序?qū)⑺谐?#include stdio.h main()char my_string=hello there；my_pr

14、int(my_string)；my_print2(my_string)；void my_print(char*string)printf(The string is%sn,string)；void my_print2(char*string)char*string2；int size,i；size=strlen(string)；string2=(char*)malloc(size+1)；for(i=0；i size；i+)string2size-i=stringi；string2size+1=message；printf(The string printed backward is%sn,st

15、ring2)；用下面的命令編譯它：gcc-o test test.c這個程序執(zhí)行時顯示如下結(jié)果：The string is hello there The string printed backward is輸出的第一行是正確的,但第二行打印出的東西并不是我們所期望的.我們所設想的輸出應該是：The string printed backward is ereht olleh由于某些原因,my_print2函數(shù)沒有正常工作.讓我們用gdb看看問題究竟出在哪兒,先鍵入如下命令：gdb greeting記得在編譯greeting程序時把調(diào)試選項打開.如果你在輸入命令時忘了把要調(diào)試的程序作為參數(shù)傳給

16、gdb,你可以在gdb提示符下用file命令來載入它：(gdb)file greeting這個命令將載入greeting可執(zhí)行文件就象你在gdb命令行里裝入它一樣.這時你能用gdb的run命令來運行g(shù)reeting了.當它在gdb里被運行后結(jié)果大約會象這樣：(gdb)run Starting program：/root/greeting The string is hello there The string printed backward is Program exited with code 041這個輸出和在gdb外面運行的結(jié)果一樣.問題是,為什么反序打印沒有工作?為了找出癥結(jié)所在,我

17、們可以在my_print2函數(shù)的for語句后設一個斷點,具體的做法是在gdb提示符下鍵入list命令三次,列出源代碼：(gdb)list(gdb)list(gdb)list技巧：在gdb提示符下按回車健將重復上一個命令.第一次鍵入list命令的輸出如下：1#include stdio.h 3main()45 char my_string=hello there；7 my_print(my_string)；8 my_print2(my_string)；910如果按下回車,gdb將再執(zhí)行一次list命令,給出下列輸出：11 my_print(char*string)1213 printf(The

18、string is%sn,string)；1415 16 my_print2(char*string)1718 char*string2；19 int size,i；20再按一次回車將列出greeting程序的剩余部分：21 size=strlen(string)；22 string2=(char*)malloc(size+1)；23 for(i=0；i size；i+)24 string2size-i=stringi；25 string2size+1=message；26 printf(The string printed backward is%sn,string2)；27根據(jù)列出的源程序

19、,你能看到要設斷點的地方在第24行,在gdb命令行提示符下鍵入如下命令設置斷點：(gdb)break 24 gdb將作出如下的響應：Breakpoint 1at 0x139：file greeting.c,line 24(gdb)現(xiàn)在再鍵入run命令,將產(chǎn)生如下的輸出：Starting program：/root/greeting The string is hello there Breakpoint 1,my_print2(string=0xbfffdc4hello there)at greeting.c：24 24 string2size-i=stringi你能通過設置一個觀察strin

20、g2size-i變量的值的觀察點來看出錯誤是怎樣產(chǎn)生的,做法是鍵入：(gdb)watch string2size-igdb將作出如下回應：Watchpoint 2：string2size-i現(xiàn)在可以用next命令來一步步的執(zhí)行for循環(huán)了：(gdb)next經(jīng)過第一次循環(huán)后,gdb告訴我們string2size-i的值是h.gdb用如下的顯示來告訴你這個信息：Watchpoint 2,string2size-iOld value=0message0New value=104hmy_print2(string=0xbfffdc4hello there)at greeting.c：23 23 fo

21、r(i=0；i size；i+)這個值正是期望的.后來的數(shù)次循環(huán)的結(jié)果都是正確的.當i=10時,表達式string2size-i的值等于e,size-i的值等于1,最后一個字符已經(jīng)拷到新串里了.如果你再把循環(huán)執(zhí)行下去,你會看到已經(jīng)沒有值分配給string20了,而它是新串的第一個字符,因為malloc函數(shù)在分配內(nèi)存時把它們初始化為空(null)字符.所以string2的第一個字符是空字符.這解釋了為什么在打印string2時沒有任何輸出了.現(xiàn)在找出了問題出在哪里,修正這個錯誤是很容易的.你得把代碼里寫入string2的第一個字符的的偏移量改為size-1而不是size.這是因為string2的

22、大小為12,但起始偏移量是0,串內(nèi)的字符從偏移量0到偏移量10,偏移量11為空字符保留.為了使代碼正常工作有很多種修改辦法.一種是另設一個比串的實際大小小1的變量.這是這種解決辦法的代碼：#include stdio.h main()char my_string=hello there；my_print(my_string)；my_print2(my_string)；my_print(char*string)printf(The string is%sn,string)；my_print2(char*string)char*string2；int size,size2,i；size=strle

23、n(string)；size2=size-1；string2=(char*)malloc(size+1)；for(i=0；i size；i+)string2size2-i=stringi；string2size=message；printf(The string printed backward is%sn,string2)；另外的C編程工具Slackware Linux的發(fā)行版中還包括一些我們尚未提到的C開發(fā)工具.本節(jié)將介紹這些工具和它們的典型用法.xxgdb xxgdb是gdb的一個基于X Window系統(tǒng)的圖形界面.xxgdb包括了命令行版的gdb上的所有特性.xxgdb使你能通過按按鈕

24、來執(zhí)行常用的命令.設置了斷點的地方也用圖形來顯示.你能在一個Xterm窗口里鍵入下面的命令來運行它：xxgdb你能用gdb里任何有效的命令行選項來初始化xxgdb.此外xxgdb也有一些特有的命令行選項,表27.2列出了這些選項.表27.2.xxgdb命令行選項.描述db_name指定所用調(diào)試器的名字,缺省是gdb.db_prompt指定調(diào)試器提示符,缺省為gdb.gdbinit指定初始化gdb的命令文件的文件名,缺省為.gdbinit.nx告訴xxgdb不執(zhí)行.gdbinit文件.bigicon使用大圖標.calls你可以在 FTP站點用下面的路徑：/pub/L

25、inux/devel/lang/c/calls.tar.Z來取得calls,一些舊版本的Linux CD-ROM發(fā)行版里也附帶有.因為它是一個有用的工具,我們在這里也介紹一下.如果你覺得有用的話,從BBS,FTP,或另一張CD-ROM上弄一個拷貝.calls調(diào)用GCC的預處理器來處理給出的源程序文件,然后輸出這些文件的里的函數(shù)調(diào)用樹圖.在你的系統(tǒng)上安裝calls,以超級用戶身份登錄后執(zhí)行下面的步驟：1.解壓和untar文件.2.cd進入calls untar后建立的子目錄.3.把名叫calls的文件移動到/usr/bin目錄.4.把名叫calls.1的文件移動到目錄/usr/man/man1.

26、5.刪除/tmp/calls目錄.這些步驟將把calls程序和它的指南頁安裝載你的系統(tǒng)上.當calls打印出調(diào)用跟蹤結(jié)果時,它在函數(shù)后面用中括號給出了函數(shù)所在文件的文件名：maintest.c如果函數(shù)并不是向calls給出的文件里的,calls不知道所調(diào)用的函數(shù)來自哪里,則只顯示函數(shù)的名字：printf calls不對遞歸和靜態(tài)函數(shù)輸出.遞歸函數(shù)顯示成下面的樣子：fact recursive in factorial.c靜態(tài)函數(shù)象這樣顯示：totalstatic in calculate.c作為一個例子,假設用calls處理下面的程序：#include stdio.h main()char m

27、y_string=hello there；my_print(my_string)；my_print2(my_string)；my_print(char*string)printf(The string is%sn,string)；my_print2(char*string)char*string2；int size,size2,i；size=strlen(string)；size2=size-1；string2=(char*)malloc(size+1)；for(i=0；i size；i+)string2size2-i=stringi；string2size=message；printf(Th

28、e string printed backward is%sn,string2)；將產(chǎn)生如下的輸出：1 maintest.c2 my_printtest.c3 printf 4my_print2test.c5 strlen 6malloc 7printfcalls有很多命令行選項來設置不同的輸出格式,有關(guān)這些選項的更多信息請參考calls的指南頁.方法是在命令行上鍵入calls-h.cproto cproto讀入C源程序文件并自動為每個函數(shù)產(chǎn)生原型申明.用cproto可以在寫程序時為你節(jié)省大量用來定義函數(shù)原型的時間.如果你讓cproto處理下面的代碼：#include stdio.h main

29、()char my_string=hello there；my_print(my_string)；my_print2(my_string)；my_print(char*string)printf(The string is%sn,*string)；my_print2(char*string)char*string2；int size,size2,i；size=strlen(string)；size2=size-1；string2=(char*)malloc(size+1)；for(i=0；i size；i+)string2size2-i=stringi；string2size=message；

30、printf(The string printed backward is%sn,string2)；你將得到下面的輸出：/*test.c*/int main(void)；int my_print(char*string)；int my_print2(char*string)；這個輸出可以重定向到一個定義函數(shù)原型的包含文件里.indent indent實用程序是Linux里包含的另一個編程實用工具.這個工具簡單的說就為你的代碼產(chǎn)生美觀的縮進的格式.indent也有很多選項來指定如何格式化你的源代碼.這些選項的更多信息請看indent的指南頁,在命令行上鍵入indent-h.下面的例子是inden

31、t的缺省輸出：運行indent以前的C代碼：#include stdio.h main()char my_string=hello there；my_print(my_string)；my_print2(my_string)；my_print(char*string)printf(The string is%sn,*string)；my_print2(char*string)char*string2；int size,size2,i；size=strlen(string)；size2=size-1；string2=(char*)malloc(size+1)；for(i=0；i size；i+)string2size2-i=stringi；string2size=message；printf(The string printed backward is%sn,string2)；運行indent后的C代碼：#include stdio.h main()char my_string=hello there；my_print(my_string)；my_print2(my_string)；my_print(char*string)printf(The string is%sn,*string)；my_print2(char*string)char*