Linux操作系统实验 实验二 Linux（unix）环境程序设计基础

1、实验二 Linux/Unix环境程序设计基础一. 实验目的1. 掌握使用Linux环境下的常用编辑工具编辑程序的方法。2. 熟悉shell程序设计的基本技术。3. 掌握Linux环境下使用GNU gcc/gdb等工具进行程序设计的基本技术。二. 实验指导1. Linux的文本编辑工具在Linux环境下可使用vi、emacs、kate、kedit等编辑工具编写源代码，其中emacs和vi可在字符模式下运行，而kate和kedit需在图形用户界面下使用，都是全屏幕编辑工具，使用简单，kate带有一个文件列表区、一个文件编辑区和一个命令输入区，是一个编写程序的好工具。启动vi、kate和kedit编

2、辑文件的命令行方法如下：$ vi 程序文件名 $ kate 程序文件名 $ kedit 程序文件名kate和kedit的图形界面启动方法：.开始菜单|运行命令|kate开始菜单|运行命令|kedit2. 文件编辑器vi vi是在UNIX 上被广泛使用的中英文编辑软件。vi是visual editor的缩写，是UNIX提供给用户的一个窗口化编辑环境。进入vi，直接执行vi编辑程序即可。例：$vi test.c显示器出现vi的编辑窗口，同时vi会将文件复制一份至缓冲区（buffer）。vi先对缓冲区的文件进行编辑，保留在磁盘中的文件则不变。编辑完成后，使用者可决定是否要取代原来旧有的文件。1、vi

3、的工作模式vi提供二种工作模式：输入模式（insert mode）和命令模式（command mode）。使用者进入vi后，即处在命令模式下，此刻键入的任何字符皆被视为命令，可进行删除、修改、存盘等操作。要输入信息，应转换到输入模式。（1）命令模式在输入模式下，按ESC可切换到命令模式。命令模式下，可选用下列指令离开vi：q!离开vi，并放弃刚在缓冲区内编辑的内容：wq将缓冲区内的资料写入磁盘中，并离开vi：ZZ同wq：x同wq：w将缓冲区内的资料写入磁盘中，但并不离开vi：q离开vi，若文件被修改过，则要被要求确认是否放弃修改的内容，此指令可与：w配合使用（2）命令模式下光标的移动 H左移一

4、个字符J下移一个字符K上移一个字符L右移一个字符0移至该行的首$移至该行的末移至该行的第一个字符处H移至窗口的第一列M移至窗口中间那一列L移至窗口的最后一列G移至该文件的最后一列W, W下一个单词 (W 忽略标点)B, B上一个单词 (B 忽略标点)+移至下一列的第一个字符处-移至上一列的第一个字符处(移至该句首)移至该句末移至该段首移至该段末NG移至该文件的第n列N+移至光标所在位置之后第n列n-移至光标所在位置之前第n列（3）输入模式输入以下命令即可进入vi输入模式：a(append) 在光标之后加入资料A 在该行之末加入资料i(insert)在光标之前加入资料I 在该行之首加入资料o(o

5、pen)新增一行于该行之下，供输入资料用O新增一行于该行之上，供输入资料用Dd删除当前光标所在行X删除当前光标字符X删除当前光标之前字符U撤消重做F查找s 替换,例如:将文件中的所有FOX换成duck,用:%s/FOX/duck/gESC离开输入模式更多用法见 info vi3. shell程序设计基础shell是用户与Linux操作系统之间的接口，是命令语言、命令解释程序和程序设计语言的总称。用户在提示符下输入的命令都由shell先加以解释，然后传给Linux内核，或调用相关程序执行。shell支持绝大多数高级语言中能见到的程序元素，如函数、变量、数组和程序控制结构，可以解释执行包含这些结构

6、的shell程序。Linux中有多种shell，如bash、ksh、csh等，默认的是bash。当用户打开终端后，系统为该终端建立一个程序shell的进程，由进程去读入、识别和执行用户输入的各种命令。Linux命令有可执行二进制程序和shell程序，shell程序类似于DOS中的批处理程序。(1) shell程序的编辑shell程序可用编辑工具vi、kate、kedit等编写，并保存为一个磁盘文件。Shell程序的第一行通常为#!/bin/bash，告知Linux使用/bin/bash解释执行该程序。(2) shell程序的执行方法一：bash shell文件名方法二：直接执行。将shell程

7、序的权限设置为644。键入 ./shell程序名(3) I/O重定向shell程序中经常涉及到输入输出。Linux有通过3个特殊文件实现信息的输入输出：标准输入(stdin, 文件描述符为0)、标准输出(stdout，文件描述符为1)和标准错误输出（stderr, 文件描述符为2）。Shell通过标准输入接受用户的键盘命令，将执行结果送往标准输出从终端显示，而将出错信息写到标准错误输出，而从终端显示。Linux通过I/O重定向，可以改从文件输入命令，将输出结果或出错信息改送文件。以下是一些示例：1) 输出重定向命令格式：command file 或command file 将命令输出信息写到文

8、件例：ls l fileinfo 将当前目录下的文件信息以长格式方式保存到文件fileinfo中，覆盖原来的内容；datefileinfo 将date命令的输出追加到文件fileinfo后；2) 输入重定向命令格式：command file 从文件读命令信息例：wc& file 或command &file(4) 管道将前一命令的输出作为后一命令的输入。命令格式：命令1|命令2|命令3例：who | sort user_list 将who命令的结果排序，写入文件user_list。(5) shell变量shell变量只有字符类型，其值为字符串，变量名以字母或下划线开始，大小写敏感，用$var的

9、形式引用名为var的变量的值。定义格式：变量名=变量值例：$ no=10$ hello=”hello everybody”$ echo $no$ echo $hello环境变量：shell定义的与工作环境有关的变量，可由用户修改。HOME保存登录主目录的完全路径名PATH保存命令搜索路径，多个路径间以”:”隔开PWD当前工作目录的绝对路径名PS1主提示符预定义变量：由shell定义，用户不能修改。$? 前一命令执行的返回状态$当前进程的pid位置变量：shell程序命令行参数由shell写到位置变量中，可在程序中引用$0当前进程的进程名$1第1个命令行参数$2第2个命令行参数$3第3个命令行参

10、数$#位置参数个数(6) 条件执行语句格式：if 条件then 命令行else命令行fi条件格式： 测试语句 或 test 测试语句文件测试： -e filename 如果文件存在-r filename如果文件存在并可读-x filename如果文件存在且可执行-w filename如果文件存在且可写-d filename如果文件存在且为目录 -f filename如果文件存在且为普通文件数值测试：test n1 eq n2整数n1和n2相等test n1 ne n2 整数n1和n2不相等test n1 gt n2 整数n1大于n2test n1 ge n2整数n1大于或等于n2字符串测试：t

11、est s测试字符串非空test s1=s2字符串s1等于s2test s1!=s2字符串s1不等于s2test z s字符串s为空串例：#!/bin/bash if $# -ne 1 then echo “Usage - $0 file-name”exit 1fiif test f $1then echo “$1 file exists”elseecho “sorry, $1 file does not exits” fi(7) case语句利用case语句可根据字符串或变量的值从多个选项中选择一项执行格式：case string inexpr1)命令行1;expr2)命令行2;*)其它命令

12、行;esac例：从命令行输入一个简单的算术表达式，计算结果：#!/bin/bashif test $#=3thencase 2 in+) let z=$1+$3 ;-) let z=$1-$3 ;/） let z=$1/$3 ;X|x) let z=$1*$3 ;*) echo errorexit 1;esacecho Answer is $zfi测试：$./test 5 + 7(8) 循环for循环格式：for 变量名 in 数值列表do命令行donefor循环例：#!/bin/bashfor i in 1 2 3 4 5doecho Welcome $i timesdonewhile循环格

13、式：while 命令行1do命令行2donewhile循环例：显示number=10; number=20;一直到number=100。#!/bin/bashi=1while $i le 10doecho number=expr $i *10 ; expr表示对表达式求值i= expr $i+1donebreak和continue：可于用终止循环和开始下一重循环(9) shell程序调试shell程序的调试主要通过利用shell解释程序的-v和-x选项跟踪程序的执行过程来实现。调用格式：bash 选项 shell程序文件名选项含义：-v 当读入shell输入行时把它们显示出来-x 执行命令时把

14、命令和它们的参数显示出来4. GNU C编译器LINUX上可用的C编译器是GNU C编译器，它建立在自由软件基金会编程许可证的基础上，因此可以自由发布。LINUX 上的GNU C编译器（GCC）是一个全功能的ANCI C兼容编译器，而一般UNIX（如SCO UNIX）用的编译器是CC。下面介绍GCC和一些GCC编译器最常用的选项。(1) 使用GCC通常后跟一些选项和文件名来使用GCC编译器。GCC命令的基本用法如下： gcc options filenames命令行选项指定的编译过程中的具体操作(2) GCC常用选项GCC有超过100个的编译选项可用，这些选项中的许多可能永远都不会用到，但一些

15、主要的选项将会频繁使用。很多的GCC选项包括一个以上的字符，因此必须为每个选项指定各自的连字符，并且就像大多数LINUX 命令一样不能在一个单独的连字符后跟一组选项。例如，下面的命令是不同的：gcc -p-g test.cgcc -pg test.c第一条命令告诉GCC编译test.c时为prof命令建立剖析（profile）信息并且把调试信息加入到可执行文件里。第二条命令告诉GCC只为gprof命令建立剖析信息。当不用任何选项编译一个程序时，GCC将建立（假定编译成功）一个名为a.out的可执行文件。例如， gcc test.c编译成功后，当前目录下就产生了一个a.out文件。也可用-o选项

16、来为即将产生的可执行文件指定一个文件名来代替a.out。例如：gcc o count count.c此时得到的可执行文件就不再是a.out，而是count。GCC也可以指定编译器处理步骤多少。-c选项告诉GCC仅把源代码编译为目标代码而跳过汇编和连接步骤。这个选项使用得非常频繁因为它编译多个C程序时速度更快且更易于管理。默认时GCC建立的目标代码文件有一个.o的扩展名。(3) 执行文件 格式： ./可执行文件名例：./a.out ./count5. gdb调试工具LINUX包含了一个叫gdb的GNU调试程序。gdb是一个用来调试C和C+程序的强有力调试器。它使你能在程序运行时观察程序的内部结构

17、和内存的使用情况。它具有以下一些功能：监视程序中变量的值；设置断点以使程序在指定的代码行上停止执行；一行行的执行代码。以下是利用gdb进行调试的步骤：(1) 调试编译代码为了使gdb正常工作，必须使你的程序在编译时包含调试信息。调试信息里包含你程序里的每个变量的类型和在可执行文件里的地址映射以及源代码的行号。gdb利用这些信息使源代码和机器码相关联。在编译时用 g 选项打开调试选项。(2) gdb基本命令命 令描 述file装入欲调试的可执行文件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执行一行源代码并进入函数内部run执行当前

18、被调试的程序quit终止gdbwatch监视一个变量的值而不管它何时被改变break在代码里设置断点，使程序执行到这里时被挂起make不退出gdb就可以重新产生可执行文件shell不离开gdb就执行UNIX shell 命令(3) 应用举例1)设有一源程序greet.c2)编译，gcc -ggdb o greet greet.c，出错3)gdb greet ，出现提示符(gdb)，此时可在提示符下输入gdb的命令了，如：(gdb)run(gdb)list4)退出调试状态，返回系统提示符下， (gdb)quit6. Linux环境下C/C+程序设计基础在UNIX/Linux环境下，开发应用程序的

19、流程如图2.1所示。源代码编辑器编译器：编译、汇编库文件连接程序:连接源程序：.c .cpp目标程序：.o二进制可执行程序头文件.h装载程序:加载运行内存映象调试工具:调试程序打包工具:发行程序图2.1 Linux应用程序开发流程一个应用程序的开发大概包括5个过程：(1) 编辑程序。使用源代码编辑器产生源代码，C/C+语言的源程序后缀为.c和.cpp。(2) 编译程序。使用编译程序将源程序编译成目标代码文件，目标代码文件的后缀通常为.o。UNIX/Linux环境常用的编译工具是gcc。(3) 链接程序。使用连接程序将目标代码文件与系统库文件链接形成可执行程序。连接程序通常与gcc集成在一起。(

20、4) 加载和运行程序。将生成的可执行程序加载到内存运行。(5) 调试程序。使用ddd/gdb等调试工具对程序进行调试。ddd是gdb的图形界面。(6) 打包发行程序。将完成了调试和测试的程序打包发行。下面使用一个示例说明在Linux环境下开发一个应用程序的过程。假定现在有一个C语言文件hw.c，其内容如下：#include main()printf(hello worldn);exit(0);第一步：使用vi或kate等编辑工具编写以上源程序，并取名为hw.c;第二步：使用gcc编译链接源程序hw.c生成可执行程序。命令格式：$ gcc -g -o 选项说明：-o 后面的参数指明生成的可执行程

21、序名，如果没有该选项，则可执行程序名为a.out -g在生成的可执行二进制程序中加入调试信息，以便进行源代码级调试本例命令：$ gcc g o hw hw.c第三步：运行程序。命令格式为： $ ./hw第四步：如果程序需要调试，可以借助ddd/gdb进行源代码级的调试。启动调试命令是：$ ddd hw说明：ddd调试工具的用户界面与VC+等开发环境很相似，可以在GUI环境中设置断点、单步执行、检查变量和寄存器的值等。三. 实验内容1. 编辑、分析、理解和调试一个shell程序；2. 编辑、分析、理解和调试一个C/C+语言程序。四. 实验步骤（一）shell程序的分析、运行与调试1. 使用kate、kedit和vi等编辑工具编辑shell程序renam