深入分析Linux下如何對C語言進行編程

1.來源程式的編譯
在Linux下面,如果要編譯一個C語言來源程式,我們要使用GNU的gcc編譯器. 下面我們以一個執行個體來說明如何使用gcc編譯器.
假設我們有下面一個非常簡單的來源程式(hello.c):
int main(int argc,char **argv)
{
printf("Hello Linux/n");
}

要編譯這個程式,我們只要在命令列下執行:
gcc -o hello hello.c
gcc 編譯器就會為我們產生一個hello的可執行檔.執行./hello就可以看到程式的輸出結果了.命令列中 gcc表示我們是用gcc來編譯我們的來源程式,-o 選項表示我們要求編譯器給我們輸出的可執行檔名為hello 而hello.c是我們的來源程式檔案.

gcc編譯器有許多選項,一般來說我們只要知道其中的幾個就夠了. -o選項我們已經知道了,表示我們要求輸出的可執行檔名. -c選項表示我們只要求編譯器輸出目標代碼,而不必要輸出可執行檔. -g選項表示我們要求編譯器在編譯的時候提供我們以後對程式進行調試的資訊.

知道了這三個選項,我們就可以編譯我們自己所寫的簡單的來源程式了,如果你想要知道更多的選項,可以查看gcc的協助文檔,那裡有著許多對其它選項的詳細說明.

2.Makefile的編寫
假設我們有下面這樣的一個程式,原始碼如下:

/* main.c */
#include "mytool1.h"
#include "mytool2.h"

int main(int argc,char **argv)
{
mytool1_print("hello");
mytool2_print("hello");
}

/* mytool1.h */
#ifndef _MYTOOL_1_H
#define _MYTOOL_1_H

void mytool1_print(char *print_str);

#endif

/* mytool1.c */
#include "mytool1.h"
void mytool1_print(char *print_str)
{
printf("This is mytool1 print %s/n",print_str);
}

/* mytool2.h */
#ifndef _MYTOOL_2_H
#define _MYTOOL_2_H

void mytool2_print(char *print_str);

#endif

/* mytool2.c */
#include "mytool2.h"
void mytool2_print(char *print_str)
{
printf("This is mytool2 print %s/n",print_str);
}

當然由於這個程式是很短的我們可以這樣來編譯
gcc -c main.c
gcc -c mytool1.c
gcc -c mytool2.c
gcc -o main main.o mytool1.o mytool2.o
這樣的話我們也可以產生main程式,而且也不時很麻煩.但是如果我們考慮一下如果有一天我們修改了其中的一個檔案(比如說mytool1.c)那麼我們難道還要重新輸入上面的命令?也許你會說,這個很容易解決啊,我寫一個SHELL指令碼,讓她幫我去完成不就可以了.是的對於這個程式來說,是可以起到作用的.但是當我們把事情想的更複雜一點,如果我們的程式有幾百個來源程式的時候,難道也要編譯器重新一個一個的去編譯?

為此,聰明的程式員們想出了一個很好的工具來做這件事情,這就是make.我們只要執行以下make,就可以把上面的問題解決掉.在我們執行make之前,我們要先編寫一個非常重要的檔案.--Makefile.對於上面的那個程式來說,可能的一個Makefile的檔案是:
# 這是上面那個程式的Makefile檔案
main:main.o mytool1.o mytool2.o
gcc -o main main.o mytool1.o mytool2.o
main.o:main.c mytool1.h mytool2.h
gcc -c main.c
mytool1.o:mytool1.c mytool1.h
gcc -c mytool1.c
mytool2.o:mytool2.c mytool2.h
gcc -c mytool2.c

有了這個Makefile檔案,不過我們什麼時候修改了來源程式當中的什麼檔案,我們只要執行make命令,我們的編譯器都只會去編譯和我們修改的檔案有關的檔案,其它的檔案她連理都不想去理的.
下面我們學習Makefile是如何編寫的.

在Makefile中也#開始的行都是注釋行.Makefile中最重要的是描述檔案的依賴關係的說明.一般的格式是:
target: components
TAB rule

第一行表示的是依賴關係.第二行是規則.
比如說我們上面的那個Makefile檔案的第二行
main:main.o mytool1.o mytool2.o
表示我們的目標(target)main的依賴對象(components)是main.o mytool1.o mytool2.o 當倚賴的對象在目標修改後修改的話,就要去執行規則一行所指定的命令.就象我們的上面那個Makefile第三行所說的一樣要執行 gcc -o main main.o mytool1.o mytool2.o 注意規則一行中的TAB表示那裡是一個TAB鍵
Makefile有三個非常有用的變數.分別是$@,$^,$<代表的意義分別是:
$@--目標檔案,$^--所有的依賴檔案,$<--第一個依賴檔案.
如果我們使用上面三個變數,那麼我們可以簡化我們的Makefile檔案為:
# 這是簡化後的Makefile
main:main.o mytool1.o mytool2.o
gcc -o $@ $^
main.o:main.c mytool1.h mytool2.h
gcc -c $<
mytool1.o:mytool1.c mytool1.h
gcc -c $<
mytool2.o:mytool2.c mytool2.h
gcc -c $<

經過簡化後我們的Makefile是簡單了一點,不過人們有時候還想簡單一點.這裡我們學習一個Makefile的預設規則
.c.o:
gcc -c $<

這個規則表示所有的 .o檔案都是依賴與相應的.c檔案的.例如mytool.o依賴於mytool.c這樣Makefile還可以變為:
# 這是再一次簡化後的Makefile
main:main.o mytool1.o mytool2.o
gcc -o $@ $^
.c.o:
gcc -c $<

好了,我們的Makefile 也差不多了,如果想知道更多的關於Makefile規則可以查看相應的文檔.

3.程式庫的連結
試著編譯下面這個程式

/* temp.c */
#include

int main(int argc,char **argv)
{
double value;
printf("Value:%f/n",value);
}

這個程式相當簡單,但是當我們用 gcc -o temp temp.c 編譯時間會出現下面所示的錯誤.
/tmp/cc33Kydu.o: In function `main':
/tmp/cc33Kydu.o(.text+0xe): undefined reference to `log'
collect2: ld returned 1 exit status

出現這個錯誤是因為編譯器找不到log的具體實現.雖然我們包括了正確的標頭檔,但是我們在編譯的時候還是要串連確定的庫.在Linux下,為了使用數學函數,我們必須和數學庫串連,為此我們要加入 -lm 選項. gcc -o temp temp.c -lm這樣才能夠正確的編譯.也許有人要問,前面我們用printf函數的時候怎麼沒有串連庫呢?是這樣的,對於一些常用的函數的實現,gcc編譯器會自動去串連一些常用庫,這樣我們就沒有必要自己去指定了. 有時候我們在編譯器的時候還要指定庫的路徑,這個時候我們要用到編譯器的 -L選項指定路徑.比如說我們有一個庫在 /home/hoyt/mylib下,這樣我們編譯的時候還要加上 -L/home/hoyt/mylib.對於一些標準庫來說,我們沒有必要指出路徑.只要它們在起預設庫的路徑下就可以了.系統的預設庫的路徑/lib /usr/lib /usr/local/lib 在這三個路徑下面的庫,我們可以不指定路徑.

還有一個問題,有時候我們使用了某個函數,但是我們不知道庫的名字,這個時候怎麼辦呢?很抱歉,對於這個問題我也不知道答案,我只有一個傻辦法.首先,我到標準庫路徑下面去找看看有沒有和我用的函數相關的庫,我就這樣找到了線程(thread)函數的庫檔案(libpthread.a). 當然,如果找不到,只有一個笨方法.比如我要找sin這個函數所在的庫. 就只好用 nm -o /lib/*.so|grep sin>~/sin 命令,然後看~/sin檔案,到那裡面去找了. 在sin檔案當中,我會找到這樣的一行libm-2.1.2.so:00009fa0 W sin 這樣我就知道了sin在 libm-2.1.2.so庫裡面,我用 -lm選項就可以了(去掉前面的lib和後面的版本標誌,就剩下m了所以是 -lm). 如果你知道怎麼找,請趕快告訴我,我回非常感激的.謝謝!

4.程式的調試
我們編寫的程式不太可能一次性就會成功的,在我們的程式當中,會出現許許多多我們想不到的錯誤,這個時候我們就要對我們的程式進行調試了.

最常用的調試軟體是gdb.如果你想在圖形介面下偵錯工具,那麼你現在可以選擇xxgdb.記得要在編譯的時候加入 -g選項.關於gdb的使用可以看gdb的協助檔案.由於我沒有用過這個軟體,所以我也不能夠說出如何使用. 不過我不喜歡用gdb.跟蹤一個程式是很煩的事情,我一般用在程式當中輸出中間變數的值來偵錯工具的.當然你可以選擇自己的辦法,沒有必要去學別人的.現在有了許多IDE環境,裡面已經自己帶了調試器了.你可以選擇幾個試一試找出自己喜歡的一個用.

5.標頭檔和系統求助
有時候我們只知道一個函數的大概形式,不記得確切的運算式,或者是不記得著函數在那個標頭檔進行了說明.這個時候我們可以求助系統.

比如說我們想知道fread這個函數的確切形式,我們只要執行 man fread 系統就會輸出著函數的詳細解釋的.和這個函數所在的標頭檔說明了. 如果我們要write這個函數的說明,當我們執行man write時,輸出的結果卻不是我們所需要的. 因為我們要的是write這個函數的說明,可是出來的卻是write這個命令的說明.為了得到write的函數說明我們要用 man 2 write. 2表示我們用的write這個函數是系統調用函數,還有一個我們常用的是3表示函數是C的庫函數.

記住不管什麼時候,man都是我們的最好助手.