C語(yǔ)言編程

2019-11-17 05:14:35

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供稿：網(wǎng)友

　　前言
本文譯自《Slackware linux Unleashed》(第三版) 一書(shū)的第27章: PRogramming in C. 關(guān)于本譯文有任何的話請(qǐng)與我聯(lián)系: mailto:con@nease.net.

linux的發(fā)行版中包含了很多軟件開(kāi)發(fā)工具. 它們中的很多是用于 C 和 C++應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的. 本文介紹了在 Linux 下能用于 C 應(yīng)用程序開(kāi)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(yǔ)言編程的教程. 在本文中你將學(xué)到以下知識(shí):

* 什么是 C
* GNU C 編譯器
* 用 gdb 來(lái)調(diào)試GCC應(yīng)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(dòng)生成工具(automatic function prototypers).

注重: 源程序美化程序(pretty print programs)自動(dòng)幫你格式化源代碼產(chǎn)生始終如一的縮進(jìn)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(yǔ)言. 它最早是由貝爾實(shí)驗(yàn)室的 Dennis Ritchie 為了 UNIX 的輔助開(kāi)發(fā)而寫(xiě)的, 開(kāi)始時(shí) UNIX 是用匯編語(yǔ)言和一種叫 B 的語(yǔ)言編寫(xiě)的. 從那時(shí)候起, C 就成為世界上使用最廣泛計(jì)算機(jī)語(yǔ)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(yǔ)言. 幾乎你所能想到的任何一種計(jì)算機(jī)上都有至少一種能用的 C 編譯器. 并且它的語(yǔ)法和函數(shù)庫(kù)在不同的平臺(tái)上都是統(tǒng)一的, 這個(gè)特性對(duì)開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)很有吸引力.
* 用 C 寫(xiě)的程序執(zhí)行速度很快.
* C 是所有版本的UNIX上的系統(tǒng)語(yǔ)言.

C 在過(guò)去的二十年中有了很大的發(fā)展. 在80年代末期美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(American National Standards Institute)發(fā)布了一個(gè)被稱為 ANSI C 的 C 語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn).這更加保證了將來(lái)在不同平臺(tái)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(kuò)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(huì)的編程許可證的基礎(chǔ)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 C 編譯器(GCC)是一個(gè)全功能的 ANSI C 兼容編譯器. 假如你熟悉其他操作系統(tǒng)或硬件平臺(tái)上的一種 C 編譯器, 你將能很快地把握 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(xiàng).

使用 GCC
通常后跟一些選項(xiàng)和文件名來(lái)使用 GCC 編譯器. gcc 命令的基本用法如下:

gcc [options] [filenames]

命令行選項(xiàng)指定的操作將在命令行上每個(gè)給出的文件上執(zhí)行. 下一小節(jié)將敘述一些你會(huì)最常用到的選項(xiàng).

GCC 選項(xiàng)
GCC 有超過(guò)100個(gè)的編譯選項(xiàng)可用. 這些選項(xiàng)中的許多你可能永遠(yuǎn)都不會(huì)用到, 但一些主要的選項(xiàng)將會(huì)頻繁用到. 很多的 GCC 選項(xiàng)包括一個(gè)以上的字符. 因此你必須為每個(gè)選項(xiàng)指定各自的連字符, 并且就象大多數(shù) linux 命令一樣你不能在一個(gè)單獨(dú)的連字符后跟一組選項(xiàng). 例如, 下面的兩個(gè)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(shí)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(dāng)你不用任何選項(xiàng)編譯一個(gè)程序時(shí), GCC 將會(huì)建立(假定編譯成功)一個(gè)名為 a.out 的可執(zhí)行文件. 例如, 下面的命令將在當(dāng)前目錄下產(chǎn)生一個(gè)叫 a.out 的文件:

gcc test.c

你能用 -o 編譯選項(xiàng)來(lái)為將產(chǎn)生的可執(zhí)行文件指定一個(gè)文件名來(lái)代替 a.out. 例如, 將一個(gè)叫 count.c 的 C 程序編譯為名叫 count 的可執(zhí)行文件, 你將輸入下面的命令:

gcc -o count count.c

注重: 當(dāng)你使用 -o 選項(xiàng)時(shí), -o 后面必須跟一個(gè)文件名.

GCC 同樣有指定編譯器處理多少的編譯選項(xiàng). -c 選項(xiàng)告訴 GCC 僅把源代碼編譯為目標(biāo)代碼而跳過(guò)匯編和連接的步驟. 這個(gè)選項(xiàng)使用的非常頻繁因?yàn)樗沟镁幾g多個(gè) C 程序時(shí)速度更快并且更易于治理. 缺省時(shí) GCC 建立的目標(biāo)代碼文件有一個(gè) .o 的擴(kuò)展名.

-S 編譯選項(xiàng)告訴 GCC 在為 C 代碼產(chǎn)生了匯編語(yǔ)言文件后停止編譯. GCC 產(chǎn)生的匯編語(yǔ)言文件的缺省擴(kuò)展名是 .s . -E 選項(xiàng)指示編譯器僅對(duì)輸入文件進(jìn)行預(yù)處理. 當(dāng)這個(gè)選項(xiàng)被使用時(shí), 預(yù)處理器的輸出被送到標(biāo)準(zhǔn)輸出而不是儲(chǔ)存在文件里.
優(yōu) 化選項(xiàng)
當(dāng)你用 GCC 編譯 C 代碼時(shí), 它會(huì)試著用最少的時(shí)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(méi)有經(jīng)過(guò)優(yōu)化. 有很多選項(xiàng)可用于告訴 GCC 在耗費(fèi)更多編譯時(shí)間和犧牲易調(diào)試性的基礎(chǔ)上產(chǎn)生更小更快的可執(zhí)行文件. 這些選項(xiàng)中最典型的是-O 和 -O2 選項(xiàng).

-O 選項(xiàng)告訴 GCC 對(duì)源代碼進(jìn)行基本優(yōu)化. 這些優(yōu)化在大多數(shù)情況下都會(huì)使程序執(zhí)行的更快. -O2 選項(xiàng)告訴 GCC 產(chǎn)生盡可能小和盡可能快的代碼. -O2 選項(xiàng)將使編譯的速度比使用 -O 時(shí)慢. 但通常產(chǎn)生的代碼執(zhí)行速度會(huì)更快.

除了 -O 和 -O2 優(yōu)化選項(xiàng)外, 還有一些低級(jí)選項(xiàng)用于產(chǎn)生更快的代碼. 這些選項(xiàng)非常的非凡, 而且最好只有當(dāng)你完全理解這些選項(xiàng)將會(huì)對(duì)編譯后的代碼產(chǎn)生什么樣的效果時(shí)再去使用. 這些選項(xiàng)的具體描述, 請(qǐng)參考 GCC 的指南頁(yè), 在命令行上鍵入 man gcc .
調(diào)試和剖析選項(xiàng)
GCC 支持?jǐn)?shù)種調(diào)試和剖析選項(xiàng). 在這些選項(xiàng)里你會(huì)最常用到的是 -g 和 -pg 選項(xiàng).
-g 選項(xiàng)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(gè)很多其他 C 編譯器里沒(méi)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(diǎn)非常有用因?yàn)槟隳茉谂c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(shí)使用這兩個(gè)選項(xiàng)時(shí)你必須清楚你所寫(xiě)的某些代碼已經(jīng)在優(yōu)化時(shí)被 GCC 作了改動(dòng). 關(guān)于調(diào)試 C 程序的更多信息請(qǐng)看下一節(jié)"用 gdb 調(diào)試 C 程序" .
-pg 選項(xiàng)告訴 GCC 在你的程序里加入額外的代碼, 執(zhí)行時(shí), 產(chǎn)生 gprof 用的剖析信息以顯示你的程序的耗時(shí)情況. 關(guān)于 gprof 的更多信息請(qǐng)參考 "gprof" 一節(jié).

用 gdb 調(diào)試 GCC 程序
linux 包含了一個(gè)叫 gdb 的 GNU 調(diào)試程序. gdb 是一個(gè)用來(lái)調(diào)試 C 和 C++ 程序的強(qiáng)力調(diào)試器. 它使你能在程序運(yùn)行時(shí)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(shè)置斷點(diǎn)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(yùn)行 gdb 了, 假如一切正常的話, gdb 將被啟動(dòng)并且你將在屏幕上看到類似的內(nèi)容:

GDB is free software and you are welcome to distribute copies of it

under certain conditions; type "show copying" to see the conditions.

There is absolutely no warranty for GDB; type "show warranty" for details.

GDB 4.14 (i486-slakware-linux), Copyright 1995 Free Software Foundation, Inc.

(gdb)

當(dāng)你啟動(dòng) gdb 后, 你能在命令行上指定很多的選項(xiàng). 你也可以以下面的方式來(lái)運(yùn)行 gdb :

gdb <fname>

當(dāng)你用這種方式運(yùn)行 gdb , 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(gè)因程序異常終止而產(chǎn)生的 core 文件, 或者與一個(gè)正在運(yùn)行的程序相連. 你可以參考 gdb 指南頁(yè)或在命令行上鍵入 gdb -h 得到一個(gè)有關(guān)這些選項(xiàng)的說(shuō)明的簡(jiǎn)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(shí)包含調(diào)試信息. 調(diào)試信息包含你程序里的每個(gè)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(hào). gdb 利用這些信息使源代碼和機(jī)器碼相關(guān)聯(lián).

在編譯時(shí)用 -g 選項(xiàng)打開(kāi)調(diào)試選項(xiàng).

gdb 基本命令
gdb 支持很多的命令使你能實(shí)現(xiàn)不同的功能. 這些命令從簡(jiǎn)單的文件裝入到答應(yīng)你檢查所調(diào)用的堆棧內(nèi)容的復(fù)雜命令, 表27.1列出了你在用 gdb 調(diào)試時(shí)會(huì)用到的一些命令. 想了解 gdb 的具體使用請(qǐng)參考 gdb 的指南頁(yè).

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(jìn)入函數(shù)內(nèi)部.
step 執(zhí)行一行源代碼而且進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部.
run 執(zhí)行當(dāng)前被調(diào)試的程序
quit 終止 gdb
watch 使你能監(jiān)視一個(gè)變量的值而不管它何時(shí)被改變.
break 在代碼里設(shè)置斷點(diǎn), 這將使程序執(zhí)行到這里時(shí)被掛起.
make 使你能不退出 gdb 就可以重新產(chǎn)生可執(zhí)行文件.
shell 使你能不離開(kāi) 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(bǔ)齊一個(gè)唯一的命令, 假如不唯一的話 gdb 會(huì)列出所有匹配的命令. 你也能用光標(biāo)鍵上下翻動(dòng)歷史命令.

gdb 應(yīng)用舉例
本節(jié)用一個(gè)實(shí)例教你一步步的用 gdb 調(diào)試程序. 被調(diào)試的程序相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單, 但它展示了 gdb 的典型應(yīng)用.

下面列出了將被調(diào)試的程序. 這個(gè)程序被稱為 greeting , 它顯示一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)候, 再用反序?qū)⑺谐?

#include <stdio.h>

main ()

{

char my_string[] = "hello there";

my_print (my_string);

my_print2 (my_string);

}

void my_print (char *string)

{

printf ("The string is %s
", 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++)

string2[size - i] = string[i];

string2[size+1] = `

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