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1、Unix Programming第四章 UNIX下的C语言开发环境Unix Programming6.1 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用户程序直接控 制和使用各种设 备，完成各种操 作。Unix Programming针对一个简单程序： main() int c; while ( ( c=getchar() != EOF ) putchar(c); 认为执行 过程为：在单用户单任务环境中基本符合。Unix Programming2. 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：如
2、此混乱的情况，程序将无法运行。Unix Programming为使多道环境中的程序正确执行，需要OS管理。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。Unix Programming6.2 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。Unix operating systemUnix operating system1. gcc 与 gdb 1.1 UNIX和C语言 C 是一种在 UNIX 操作
3、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 Dennis Ritchie 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(American National Standards Institute)发布了一个被称 为 ANSI C 的 C 语言标准，这保证了在不同平台上的C的 一致性。7Unix operating systemUnix operating system1. gcc 与 gdb 1.2 GNU
4、C编译器 GNU C 编译器(gcc)是一个全功能的 ANSI C 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%。8Unix operating systemUnix operating system3.1 LINUX下C语言编程概述Unix operating systemUnix operating system1. 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
5、/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。10Unix operating systemUnix operating system1. 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h
6、ello.c源代码： #include int main() printf(“Hello! This is our embedded world!n“); return 0; 3.3 Gcc编译器Unix operating systemUnix operating system（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。 rootlocalhost Gcc# Gcc E hello.c o hello.i 在此处，选项“-o”是指目标文件，由上表可知，“.i” 文件
7、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： typedef int (*_gconv_trans_fct) (struct _gconv_step *, struct _gconv_step_data *, void *, _const unsigned char *, _const unsigned char *, _const unsigned char *, unsigned char *, size_t *); Unix operating systemUnix operating system # 2 “hello.c“ 2 int main() pri
8、ntf(“Hello! This is our embedded world!n“); return 0; 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。Unix operating systemUnix operating system（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。 rootlocalhost Gcc# Gcc S h
9、ello.i o hello.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。 .file “hello.c“ .section .rodata .align 4 .LC0: .string “Hello! This is our embedded world!“ .text .globl main .type main, function main: pushl %ebp movl %esp, %ebp subl $8, %esp andl $-16, %esp movl $0, %eax addl
10、 $15, %eax .section .note.GNU-stack,“,progbitsUnix operating systemUnix operating system（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： rootlocalhost Gcc# Gcc c hello.s o hello.oGcc编译器Unix operating systemUnix operating system（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
11、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
12、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 。 rootlocalhost Gcc# Gcc hello.o o hello 运行该可执行文件，出现正确的结果如下。 rootlocalhost Gcc# ./hello Hello! This is our embedded world!Uni
13、x operating systemUnix operating systemGcc编译选项:Gcc编译器Unix operating systemUnix operating system1. 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；
14、.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 。18Unix operating systemUnix operating system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.#include Unix operating systemUnix operating system库函数 库函数是一些预先编译好的函数的集合
15、，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 Examples are /usr/lib/libc.a and /usr/X11/lib/libX11.a for the standard C library and the X11 library 共享库 .so On a typical Linux system, the sha
16、red version of the standard math library is /usr/lib/libm.soUnix operating systemUnix operating system1. gcc 与 gdb 1.5 gdb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； b
