1.引言

　　Linux操作系統(tǒng)在服務(wù)器領(lǐng)域的應用和普及已經(jīng)有較長的歷史，這源于它的開源特點以及其超越Windows的安全性和穩(wěn)定性。而近年來，Linux操作系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的延伸也可謂是如日中天，許多版本的嵌入式Linux系統(tǒng)被開發(fā)出來，如ucLinux、RTLinux、ARM-Linux等等。在嵌入式操作系統(tǒng)方面，Linux的地位是不容懷疑的，它開源、它包含TCP/IP協(xié)議棧、它易集成GUI。

　　鑒于Linux操作系統(tǒng)在服務(wù)器和嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域愈來愈廣泛的應用，社會上越來越需要基于Linux操作系統(tǒng)進行編程的開發(fā)人員。

　　瀏覽許多論壇，經(jīng)常碰到這樣的提問：“現(xiàn)在是不是很流行unix/linux下的c編程？所以想學習一下！但是不知道該從何學起，如何下手！有什么好的建議嗎？各位高手！哪些書籍比較合適初學者？在深入淺出的過程中應該看哪些不同層次的書？比如好的網(wǎng)站、論壇請大家賜教！不慎感激！”

　　鑒于讀者的需求，在本文中，筆者將對Linux平臺下C編程的幾個方面進行實例講解，并力求回答讀者們關(guān)心的問題，以與讀者朋友們進行交流，共同提高。在本文的連載過程中，有任何問題或建議，您可以給筆者發(fā)送email：21cnbao@21cn.com，您也可以進入筆者的博客參與討論：http://blog.donews.com/21cnbao。

　　筆者建議在PC內(nèi)存足夠大的情況下，不要直接安裝Linux操作系統(tǒng)，最好把它安裝在運行VMWare虛擬機軟件的Windows平臺上，如下圖：

　　在Linux平臺下，可用任意一個文本編輯工具編輯源代碼，但筆者建議使用emacs軟件，它具備語法高亮、版本控制等附帶功能，如下圖：

　　2.GCC編譯器

　　GCC是Linux平臺下最重要的開發(fā)工具，它是GNU的C和C++編譯器，其基本用法為：

gcc [options] [filenames]

　　options為編譯選項，GCC總共提供的編譯選項超過100個，但只有少數(shù)幾個會被頻繁使用，我們僅對幾個常用選項進行介紹。

　　假設(shè)我們編譯一輸出“Hello World”的程序：

/* Filename:helloworld.c */
main()
{
printf("Hello World\n");
}

　　最簡單的編譯方法是不指定任何編譯選項：

gcc helloworld.c

　　它會為目標程序生成默認的文件名a.out，我們可用-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，將上述名為helloworld.c的C程序編譯為名叫helloworld的可執(zhí)行文件，需要輸入如下命令：

gcc –o helloworld helloworld.c

　　-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；

　　-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，上述程序運行如下命令：

gcc –S helloworld.c

　　將生成helloworld.c的匯編代碼，使用的是AT&T匯編。用emacs打開匯編代碼如下圖：

　　-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（默認為屏幕）而不是儲存在文件里。

　　-O選項告訴GCC對源代碼進行基本優(yōu)化從而使得程序執(zhí)行地更快；而-O2選項告訴GCC產(chǎn)生盡可能小和盡可能快的代碼。使用-O2選項編譯的速度比使用-O時慢，但產(chǎn)生的代碼執(zhí)行速度會更快。

　　-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，可喜的是，在GCC里，我們能聯(lián)用-g和-O (產(chǎn)生優(yōu)化代碼)。

　　-pg選項告訴GCC在你的程序里加入額外的代碼，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。

　　3.GDB調(diào)試器

　　GCC用于編譯程序，而Linux的另一個GNU工具gdb則用于調(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，我們能通過它進行一系列調(diào)試工作，包括設(shè)置斷點、觀查變量、單步等。
其最常用的命令如下：

　　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：列表顯示源代碼。
　　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：監(jiān)視一個變量的值
　　break：在代碼里設(shè)置斷點，程序執(zhí)行到這里時掛起
　　make：不退出gdb而重新產(chǎn)生可執(zhí)行文件
　　shell：不離開gdb而執(zhí)行shell

　　下面我們來演示怎樣用GDB來調(diào)試一個求0+1+2+3+…+99的程序：

/* Filename:sum.c */
main()
{
int i, sum;
sum = 0;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
sum + = i;
}

printf("the sum of 1+2+...+ is %d", sum);
}

　　執(zhí)行如下命令編譯sum.c（加-g選項產(chǎn)生debug信息）：

gcc –g –o sum sum.c

　　在命令行上鍵入gdb sum并按回車鍵就可以開始調(diào)試sum了，再運行run命令執(zhí)行sum，屏幕上將看到如下內(nèi)容：

　　list命令：

　　list命令用于列出源代碼，對上述程序兩次運行l(wèi)ist，將出現(xiàn)如下畫面（源代碼被標行號）：

　　根據(jù)列出的源程序，如果我們將斷點設(shè)置在第5行，只需在gdb 命令行提示符下鍵入如下命令設(shè)置斷點：(gdb) break 5，執(zhí)行情況如下圖：

　　這個時候我們再run，程序會停止在第5行，如下圖：

　　設(shè)置斷點的另一種語法是 break <function>，它在進入指定函數(shù)（function）時停住。

　　相反的，clear用于清除所有的已定義的斷點，clear <function>清除設(shè)置在函數(shù)上的斷點， clear <linenum>則清除設(shè)置在指定行上的斷點。

　　watch命令：
　　　
　　watch命令用于觀查變量或表達式的值，我們觀查sum變量只需要運行watch sum：

　　　watch <expr>為表達式（變量）expr設(shè)置一個觀察點，一量表達式值有變化時，程序會停止執(zhí)行。

　　要觀查當前設(shè)置的watch，可以使用info watchpoints命令。

　　next、step命令：

　　　next、step用于單步執(zhí)行，在執(zhí)行的過程中，被watch變量的變化情況將實時呈現(xiàn)(分別顯示Old value和New value)，如下圖：

　　　next、step命令的區(qū)別在于step遇到函數(shù)調(diào)用，會跳轉(zhuǎn)到到該函數(shù)定義的開始行去執(zhí)行，而next則不進入到函數(shù)內(nèi)部，它把函數(shù)調(diào)用語句當作一條普通語句執(zhí)行。

　　4.Make

　　make是所有想在Linux系統(tǒng)上編程的用戶必須掌握的工具，對于任何稍具規(guī)模的程序，我們都會使用到make，幾乎可以說不使用make的程序不具備任何實用價值。

　　在此，我們有必要解釋編譯和連接的區(qū)別。編譯器使用源碼文件來產(chǎn)生某種形式的目標文件(object files)，在編譯過程中，外部的符號參考并沒有被解釋或替換（即外部全局變量和函數(shù)并沒有被找到）。因此，在編譯階段所報的錯誤一般都是語法錯誤。而連接器則用于連接目標文件和程序包，生成一個可執(zhí)行程序。在連接階段，一個目標文件中對別的文件中的符號的參考被解釋，如果有符號不能找到，會報告連接錯誤。

　　編譯和連接的一般步驟是：第一階段把源文件一個一個的編譯成目標文件，第二階段把所有的目標文件加上需要的程序包連接成一個可執(zhí)行文件。這樣的過程很痛苦，我們需要使用大量的gcc命令。

　　而make則使我們從大量源文件的編譯和連接工作中解放出來，綜合為一步完成。GNU Make的主要工作是讀進一個文本文件，稱為makefile。這個文件記錄了哪些文件（目的文件，目的文件不一定是最后的可執(zhí)行程序，它可以是任何一種文件）由哪些文件（依靠文件）產(chǎn)生，用什么命令來產(chǎn)生。Make依靠此makefile中的信息檢查磁盤上的文件，如果目的文件的創(chuàng)建或修改時間比它的一個依靠文件舊的話，make就執(zhí)行相應的命令，以便更新目的文件。

　　假設(shè)我們寫下如下的三個文件，add.h用于聲明add函數(shù)，add.c提供兩個整數(shù)相加的函數(shù)體，而main.c中調(diào)用add函數(shù)：

/* filename:add.h */
extern int add(int i, int j);

/* filename:add.c */
int add(int i, int j)
{
return i + j;
}

/* filename:main.c */
#include "add.h"
main()
{
int a, b;
a = 2;
b = 3;
printf("the sum of a+b is %d", add(a + b));
}

　　怎樣為上述三個文件產(chǎn)生makefile呢？如下：

test : main.o add.o
gcc main.o add.o -o test

main.o : main.c add.h
gcc -c main.c -o main.o

add.o : add.c add.h
gcc -c add.c -o add.o 

　　上述makefile利用add.c和add.h文件執(zhí)行g(shù)cc -c add.c -o add.o命令產(chǎn)生add.o目標代碼，利用main.c和add.h文件執(zhí)行g(shù)cc -c main.c -o main.o命令產(chǎn)生main.o目標代碼，最后利用main.o和add.o文件（兩個模塊的目標代碼）執(zhí)行g(shù)cc main.o add.o -o test命令產(chǎn)生可執(zhí)行文件test。

　　我們可在makefile中加入變量，另外。環(huán)境變量在make過程中也被解釋成make的變量。這些變量是大小寫敏感的，一般使用大寫字母。Make變量可以做很多事情，例如：

　　i) 存儲一個文件名列表；
　　ii) 存儲可執(zhí)行文件名；
　　iii) 存儲編譯器選項。

　　要定義一個變量，只需要在一行的開始寫下這個變量的名字，后面跟一個=號，再跟變量的值。引用變量的方法是寫一個$符號，后面跟（變量名）。我們把前面的 makefile 利用變量重寫一遍（并假設(shè)使用-Wall -O –g編譯選項）：

OBJS = main.o add.o
CC = gcc
CFLAGS = -Wall -O -g

test : $(OBJS)
$(CC) $(OBJS) -o test

main.o : main.c add.h
$(CC) $(CFLAGS) -c main.c -o main.o

add.o : add.c add.h
$(CC) $(CFLAGS) -c add.c -o add.o 

　　makefile 中還可定義清除（clean）目標，可用來清除編譯過程中產(chǎn)生的中間文件，例如在上述makefile文件中添加下列代碼：

clean:
rm -f *.o

　　運行make clean時，將執(zhí)行rm -f *.o命令，刪除所有編譯過程中產(chǎn)生的中間文件。

　　不管怎么說，自己動手編寫makefile仍然是很復雜和煩瑣的，而且很容易出錯。因此，GNU也為我們提供了Automake和Autoconf來輔助快速自動產(chǎn)生makefile，讀者可以參閱相關(guān)資料。

　　5.小結(jié)

　　本章主要闡述了Linux程序的編寫、編譯、調(diào)試方法及make，實際上就是引導讀者學習怎樣在Linux下編程，為后續(xù)章節(jié)做好準備。