C語言編程

2019-11-17 05:14:35

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供稿：網友

　　前言
本文譯自《Slackware linux Unleashed》(第三版) 一書的第27章: PRogramming in C. 關于本譯文有任何的話請與我聯系: mailto:[email protected].

linux的發行版中包含了很多軟件開發工具. 它們中的很多是用于 C 和 C++應用程序開發的. 本文介紹了在 Linux 下能用于 C 應用程序開發和調試的工具. 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 C
* GNU C 編譯器
* 用 gdb 來調試GCC應用程序

你也能看到隨 linux 發行的其他有用的 C 編程工具. 這些工具包括源程序美化程序(pretty print programs), 附加的調試工具, 函數原型自動生成工具(automatic function prototypers).

注重: 源程序美化程序(pretty print programs)自動幫你格式化源代碼產生始終如一的縮進格式.
什么是 C?
C 是一種在 UNIX 操作系統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庫在不同的平臺上都是統一的, 這個特性對開發者來說很有吸引力.
* 用 C 寫的程序執行速度很快.
* C 是所有版本的UNIX上的系統語言.

C 在過去的二十年中有了很大的發展. 在80年代末期美國國家標準協會(American National Standards Institute)發布了一個被稱為 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年代還出現了一種 C 的面向對象的擴展稱為 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, 因此可以自由發布. 你能在 Linux 的發行光盤上找到它.

GNU C 編譯器
隨 Slackware linux 發行的 GNU C 編譯器(GCC)是一個全功能的 ANSI C 兼容編譯器. 假如你熟悉其他操作系統或硬件平臺上的一種 C 編譯器, 你將能很快地把握 GCC. 本節將介紹如何使用 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:

gcc [options] [filenames]

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行. 下一小節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 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)信息并且把調試信息加入到可執行的文件里. 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 的可執行文件. 例如, 下面的命令將在當前目錄下產生一個叫 a.out 的文件:

gcc test.c

你能用 -o 編譯選項來為將產生的可執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 程序編譯為名叫 count 的可執行文件, 你將輸入下面的命令:

gcc -o count count.c

注重: 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治理. 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 代碼產生了匯編語言文件后停止編譯. GCC 產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.
優化選項
當你用 GCC 編譯 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試. 易于調試意味著編譯后的代碼與源代碼有同樣的執行次序, 編譯后的代碼沒有經過優化. 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試性的基礎上產生更小更快的可執行文件. 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化. 這些優化在大多數情況下都會使程序執行的更快. -O2 選項告訴 GCC 產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. 但通常產生的代碼執行速度會更快.

除了 -O 和 -O2 優化選項外, 還有一些低級選項用于產生更快的代碼. 這些選項非常的非凡, 而且最好只有當你完全理解這些選項將會對編譯后的代碼產生什么樣的效果時再去使用. 這些選項的具體描述, 請參考 GCC 的指南頁, 在命令行上鍵入 man gcc .
調試和剖析選項
GCC 支持數種調試和剖析選項. 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 產生能被 GNU 調試器使用的調試信息以便調試你的程序. 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 (產生優化代碼)聯用. 這一點非常有用因為你能在與最終產品盡可能相近的情況下調試你的代碼. 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在優化時被 GCC 作了改動. 關于調試 C 程序的更多信息請看下一節"用 gdb 調試 C 程序" .
-pg 選項告訴 GCC 在你的程序里加入額外的代碼, 執行時, 產生 gprof 用的剖析信息以顯示你的程序的耗時情況. 關于 gprof 的更多信息請參考 "gprof" 一節.

用 gdb 調試 GCC 程序
linux 包含了一個叫 gdb 的 GNU 調試程序. gdb 是一個用來調試 C 和 C++ 程序的強力調試器. 它使你能在程序運行時觀察程序的內部結構和內存的使用情況. 以下是 gdb 所提供的一些功能:

* 它使你能監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行.
* 它使你能一行行的執行你的代碼.

在命令行上鍵入 gdb 并按回車鍵就可以運行 gdb 了, 假如一切正常的話, 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 gdb :

gdb <fname>

當你用這種方式運行 gdb , 你能直接指定想要調試的程序. 這將告訴gdb 裝入名為 fname 的可執行文件. 你也可以用 gdb 去檢查一個因程序異常終止而產生的 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 得到一個有關這些選項的說明的簡單列表.

為調試編譯代碼(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試信息. 調試信息包含你程序里的每個變量的類型和在可執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聯.

在編譯時用 -g 選項打開調試選項.

gdb 基本命令
gdb 支持很多的命令使你能實現不同的功能. 這些命令從簡單的文件裝入到答應你檢查所調用的堆棧內容的復雜命令, 表27.1列出了你在用 gdb 調試時會用到的一些命令. 想了解 gdb 的具體使用請參考 gdb 的指南頁.

表 27.1. 基本 gdb 命令.

命令描述
file 裝入想要調試的可執行文件.
kill 終止正在調試的程序.
list 列出產生執行文件的源代碼的一部分.
next 執行一行源代碼但不進入函數內部.
step 執行一行源代碼而且進入函數內部.
run 執行當前被調試的程序
quit 終止 gdb
watch 使你能監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, 這將使程序執行到這里時被掛起.
make 使你能不退出 gdb 就可以重新產生可執行文件.
shell 使你能不離開 gdb 就執行 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, 假如不唯一的話 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
本節用一個實例教你一步步的用 gdb 調試程序. 被調試的程序相當的簡單, 但它展示了 gdb 的典型應用.

下面列出了將被調試的程序. 這個程序被稱為 greeting , 它顯示一個簡單的問候, 再用反序將它列出.

#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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