第8次课 第四章 Linux平台上的软件开发(1).ppt

1、第四章 Linux平台上的软件开发,本章概要 程序开发过程 代码生成工具 多模块软件的编译和链接 源代码调试 库的开发、调试和使用 RCS和CVS的版本控制,2020年7月18日星期六,2,.1 程序开发过程,.1.1 计算机编程语言概述,.1.2 C、C+和Java程序的编译,.1.3 Linux下C编程常识,2020年7月18日星期六,3,通常的Linux/UNIX系统都会支持几种解释型和编译型的高级编程语言。包括C、C+、JAVA、Perl、LISP和FORTRAN。 多数的Linux/UNIX平台下的应用软件是用C语言写的，Linux/UNIX操作系统也是用C写的 。该平台下C语言开发

2、工具比较多。,4.1.1 计算机编程语言概述,2020年7月18日星期六,4,编程语言和编程范式,编程语言 命令型 使用变量，赋值语句，迭代重复等； C、C+、Java、Basic、COBOL、FORTRAN等。 函数/应用型 没有变量、赋值语句，迭代的概念； 运算是将参数传递到函数中完成； LISP、ML、Haskell、Scheme等。,2020年7月18日星期六,5,编程语言和编程范式,逻辑型 通过指定规则，并让语言执行这些规则而完成运算； 最流行的逻辑编程语言是Prolog。 面向对象型 提供对抽象数据类型的支持，即类。 运算是通过对类进行实例化（即产生对象）和对象间的通信产生方法调用

3、来实现。 Smalltalk80、Eiffel、Java、C+等。,2020年7月18日星期六,6,编程范式,面向过程 面向对象,2020年7月18日星期六,7,编译过程,图 高级语言转换为可执行代码的过程,高级语言源代码,编译程序,汇编代码,汇编程序,目标代码,链接程序,可执行代码,其他目标模块,库模块,2020年7月18日星期六,8,解释过程,高级语言源代码,解释程序,2020年7月18日星期六,9,4.1.2 C、C+程序的编译,C和C+程序转换为可执行代码的过程,C/C+语言源代码,C/C+ 编译程序,汇编代码,汇编程序,目标代码,链接程序,可执行代码,其他目标模块,库模块,预处理 程

4、序,2020年7月18日星期六,10,预处理程序的工作,插入用#include指令指定的文件; 扩展宏(由#define指令所指定); 处理用#if指令指定的条件编译; 处理连续行连接(只限C)。,2020年7月18日星期六,11,4.1.3 Linux下C编程常识,标准 函数库和系统调用 C语言编程风格 库和头文件的保存位置,2020年7月18日星期六,12,1. 标准,ANSI C：是 ANSI（美国国家标准局）于 1989 年制定的 C 语言标准。 后来被ISO（国际标准化组织）接受为标准，因此也称为 ISO C。 ANSI C 不仅定义了 C 编程语言的语法和语义，而且还定义了一个标准

5、库。,2020年7月18日星期六,13,标准库,这个库可以根据头文件划分为 15 个部分，其中包括： 字符类型 () 错误码 () 浮点常数 () 数学常数 () 标准定义 () 标准 I/O () 工具函数 (),字符串操作 () 时间和日期 () 可变参数表 () 信号 () 非局部跳转 () 本地信息 () 程序断言 () 等等。,2020年7月18日星期六,14,POSIX：该标准最初由 IEEE 开发的标准族，部分已经被 ISO 接受为国际标准。该标准的具体内容 见 1.1.3。POSIX.1 和 POSIX.2 分别定义了 POSIX 兼容操作系统的 C 语言系统接口 以及 she

6、ll 和工具标准。这两个标准是通常提到的标准。 SVID：System V 的接口描述。System V 接口描述（SVID）是描述 ATT Unix System V 操作 系统的文档，是对 POSIX 标准的扩展超集。 XPG：X/Open 可移植性指南。X/Open 可移植性指南（由 X/Open Company, Ltd.出版）， 是比 POSIX 更为一般的标准。X/Open 拥有 Unix 的版权，而 XPG 则指定成为 Unix 操作系统必须满足的要求。,2020年7月18日星期六,15,2函数库和系统调用,1）glibc GNU 的 C 函数库，即 glibc，是 Linux

7、上最重要的函数库，它定义了 ISO C 标准指定的所有的库函数，以及由 POSIX 或其他 UNIX 操作系统统变种指定的附加特色，还包括有与 GNU 系统相关的扩展。目前，流行的 Linux 系统使用 glibc 2.0 以上的版本。 2）其他重要函数库 GNU Libtool 、CrackLib 、LibGTop 、 libungif、libtiff、libpng、Imlib 等,2020年7月18日星期六,16,3）系统调用 系统调用是操作系统提供给外部程序的接口。 在 C 语言中，操作系统的系统调用通常通过函数调用的形式完成，这是因为这些函数封装了系统调用的细节，将系统调用的入口、参数

8、以及返回值用 C 语言的函数调用过程实现。 在 Linux 系统中，系统调用函数定义在 glibc 中。,2020年7月18日星期六,17,3 C 语言编程风格K else return factorial (n - 1) * n; ,2020年7月18日星期六,40,/清单 main.c #include #include int factorial (int n); int main (int argc, char *argv) int n; if (argc 2) printf (Usage: %s nn, argv 0); return -1; else n = atoi (argv1

9、); printf (Factorial of %d is %d.n, n, factorial (n); return 0; ,2020年7月18日星期六,41,利用如下的命令可编译生成可执行文件，并执行程序： $ gcc -o factorial main.c factorial.c $ ./factorial 5 Factorial of 5 is 120.,2020年7月18日星期六,42,GCC 可同时用来编译 C 程序和 C+ 程序。 一般来说，C 编译器通过源文件的后缀名来判断是 C 程序还是 C+ 程序。 在 Linux 中，C 源文件的后缀名为 .c，而 C+ 源文件的后缀名

10、为 .C 或 .cc 或.cxx。 但是，gcc 命令只能编译 C+ 源文件，而不能自动和 C+ 程序使用的库连接。因此，通常使用 g+ 命令来完完成 C+ 程序的编译和连接，该程序会自动调用 gcc 实现编译。,gcc与g+,2020年7月18日星期六,43,g+命令,假设我们有一个如下的 C+ 源文件（hello.C）： #include void main (void) cout Hello, world! endl; 则可以如下调用 g+ 命令编译、连接并生成可执行文件： $ g+ -o hello hello.C $ ./hello Hello, world!,2020年7月18日星

11、期六,44,4.3 多模块软件的编译和链接,2020年7月18日星期六,45,1 Makefile 的作用原理,假设我们有下面这样的一个程序，该程序由三个模块main.c 、mytool1.c和 mytool2.c组成。 在Linux中,我们可以使用下面的命令来编译整个程序: gcc -Wall -o myprogram main.c mytool1.c mytool2.c,2020年7月18日星期六,46,/* main.c */ #include mytool1.h #include mytool2.h int main(int argc，char *argv) mytool1_print

12、(hello)； mytool2_print(hello)； /* mytool1.h */ #ifndef _MYTOOL_1_H #define _MYTOOL_1_H void mytool1_print(char *print_str)； #endif,2020年7月18日星期六,47,/* mytool1.c */ #include mytool1.h void mytool1_print(char *print_str) printf(This is mytool1 print %s ，print_str)； /* mytool2.h */ #ifndef _MYTOOL_2_H

13、#define _MYTOOL_2_H void mytool2_print(char *print_str)； #endif /* mytool2.c */ #include mytool2.h void mytool2_print(char *print_str) printf(This is mytool2 print %s ，print_str)； ,2020年7月18日星期六,48,编译,由于这个程序很短，我们也可以这样来编译: gcc -c main.c gcc -c mytool1.c gcc -c mytool2.c gcc -o main main.o mytool1.o m

14、ytool2.o 如果在mytool1.c文件中改变了一些代码,不需要重新编译main.c 和mytool2.c,只需要重新编译mytool1.c ,并且重新链接: gcc -wall -c mytool1.o mytool1.c gcc -o myprogram main.o mytool1.o mytool2.o,2020年7月18日星期六,49,复杂的情况,但是当事情更复杂一点，如果程序有几百个源程序的时候，难道也要编译器重新一个一个的去编译? 为此，聪明的程序员们想出了一个很好的工具来做这件事情，这就是make。 只要执行一下make，就可以把上面的问题解决掉。 在执行make之前，要

15、先编写一个非常重要的文件Makefile。,2020年7月18日星期六,50,在大型的开发项目中，通常有几十到上百个的源文件，如果每次均手工键入 gcc 命令进行编译的话，则会非常不方便。因此，人们通常利用 make 工具来自动完成编译工作。 这些工作包括：如果仅修改了某几个源文件，则只重新编译这几个源文件；如果某个头文件被修改了，则重新编译所有包含该头文件的源文件。 利用这种自动编译可大大简化开发工作，避免不必要的重新编译。,使用GNU Make,2020年7月18日星期六,51,make,make是一个命令工具，是一个解释makefile中指令的命令工具。 一般来说，大多数的IDE都有这个

16、命令，比如：Delphi的make，Visual C+的nmake，Linux下GNU的make。,2020年7月18日星期六,52,Linux提供了make命令和makefile文件的方式来维护目标程序。 Make命令会按照makefile文件中描述的模块依赖关系,根据模块的修改情况重新编译链接目标代码,实现维护工作的自动化。,2020年7月18日星期六,53,makefile 需要按照某种语法进行编写，其中说明了如何编译各个源文件并连接生成可执行文件，并定义了源文件之间的依赖关系。 当修改了其中某个源文件时，如果其他源文件依赖于该文件，则也要重新编译所有依赖该文件的源文件。,2020年7月

17、18日星期六,54,makefile 文件是许多编译器，包括 Windows NT 下的编译器维护编译信息的常用方法，只是在集成开发环境中，用户通过友好的界面修改 makefile 文件而已。 默认情况下，GNU make 工具在当前工作目录中按如下顺序搜索 makefile： GNUmakefile makefile Makefile,make命令找到了就解释这个文件. 在这三个文件名中，最好使用“Makefile”这个文件名，因为，这个文件名第一个字符为大写，这样有一种显目的感觉。最好不要用“GNUmakefile”，这个文件是GNU的make识别的。有另外一些make只对全小写的 “ma

18、kefile”文件名敏感，但是基本上来说，大多数的make都支持“makefile”和“Makefile”这两种默认文件名。,2020年7月18日星期六,55,程序编译的一些规范和方法,一般来说，无论是C、C+、还是pas，首先要把源文件编译成中间代码文件，在Windows下也就是 .obj 文件，UNIX下是 .o 文件，即 Object File，这个动作叫做编译（compile）。然后再把大量的Object File合成执行文件，这个动作叫作链接（link）。,2020年7月18日星期六,56,编译,编译器需要的是语法的正确，函数与变量的声明的正确。 对于后者，通常是需要告诉编译器头文件

19、的所在位置（头文件中应该只是声明，而定义应该放在C/C+文件中），只要所有的语法正确，编译器就可以编译出中间目标文件。 一般来说，每个源文件都应该对应于一个中间目标文件（O文件或是OBJ文件）。,2020年7月18日星期六,57,链接,主要是链接函数和全局变量。可以使用这些中间目标文件（O文件或是OBJ文件）来链接应用程序。 链接器并不管函数所在的源文件，只管函数的中间目标文件（Object File），在大多数时候，由于源文件太多，编译生成的中间目标文件太多，而在链接时需要明显地指出中间目标文件名，这对于编译很不方便，所以，要给中间目标文件打个包。 在Windows下这种包叫“库文件”（Li

20、brary File)，也就是 .lib 文件，在UNIX下，是Archive File，也就是 .a 文件。,2020年7月18日星期六,58,小结,源文件首先会生成中间目标文件，再由中间目标文件生成执行文件。 在编译时，编译器只检测程序语法，和函数、变量是否被声明。如果函数未被声明，编译器会给出一个警告，但可以生成Object File。 在链接程序时，链接器会在所有的Object File中找寻函数的实现，如果找不到，那到就会报链接错误码（Linker Error），在VC下，这种错误一般是：Link 2001错误，意思说是说，链接器未能找到函数的实现。你需要指定函数的Object Fi

21、le.,2020年7月18日星期六,59,简单的makefile文件,这是上面那个程序的Makefile文件: main：main.o mytool1.o mytool2.o gcc -o main main.o mytool1.o mytool2.o main.o：main.c mytool1.h mytool2.h gcc -c main.c mytool1.o：mytool1.c mytool1.h gcc -c mytool1.c mytool2.o：mytool2.c mytool2.h gcc -c mytool2.c,有了这个Makefile文件，不论什么时候修改了源程序当中的什

22、么文件，只要执行make命令，编译器都只会去编译和修改文件有关的文件，其它的文件它连理都不去理。,2020年7月18日星期六,60,在Makefile中以#开始的行都是注释行； Makefile中最重要的是描述文件的依赖关系的说明。一般的格式是： target：components TAB rule 第一行表示的是依赖关系。第二行是规则。 比如说上面的那个Makefile文件的第二行。 main：main.o mytool1.o mytool2.o 表示目标(target)main的依赖对象(components)是main.o mytool1.omytool2.o 当依赖的对象在目标修改后修

23、改的话，就要去执行规则一行所指定的命令。就象上面那个Makefile第三行所说的一样要执行 gcc-o main main.o mytool1.o mytool2.o 注意规则一行中的TAB表示那里是一个TAB键,make并不管命令是怎么工作的，只管执行所定义的命令。make会比较target文件和components文件的修改日期，如果components文件的日期要比target文件的日期要新，或者target不存在的话，那么，make就会执行后续定义的命令。,2020年7月18日星期六,61,三个变量,Makefile有三个非常有用的变量。分别是$，$，$。它们代表的意义分别是： $ 目

24、标文件 $ 所有的依赖文件 $ 依赖列表中的第 一个依赖文件 如果使用上面三个变量，那么可以简化Makefile文件为：,2020年7月18日星期六,62,简化后的Makefile,main：main.o mytool1.o mytool2.o gcc -o $ $ main.o：main.c mytool1.h mytool2.h gcc -c $ mytool1.o：mytool1.c mytool1.h gcc -c $ mytool2.o：mytool2.c mytool2.h gcc -c $,$ 目标文件 $ 所有的依赖文件 $ 依赖列表中的第 一个依赖文件,2020年7月18日星

25、期六,63,Makefile的缺省规则,.c.o： gcc -c $ 这个规则表示所有的 .o文件都是依赖于相应的.c文件的。例如mytool.o依赖于mytool.c，这样Makefile还可以变为：,$ 目标文件 $ 所有的依赖文件 $ 依赖列表中的第 一个依赖文件,2020年7月18日星期六,64,再一次简化后的Makefile,main：main.o mytool1.o mytool2.o gcc -o $ $ .c.o： gcc -c $,$ 目标文件 $ 所有的依赖文件 $ 依赖列表中的第 一个依赖文件,2020年7月18日星期六,65,2 makefile文件的基本语句,make

26、file文件有如下五种基本语句。 注释语句(Comments) 注释语句是不会真正执行的,它只起注释语句的作用。它的作用范围是从“#”开始,到该行结束为止。 宏(Macros) 一般按如下方式定义宏: NAME=data 在它后面语句中,若出现(NAME),则都被data替代, 如: SRC =main.mgcc (SRC)被解释为main.mgcc。,2020年7月18日星期六,66,默认的宏,AR=ar GET=get MAS=mas AS=as FC=f77 CC=cc LD=ld LEX=lex SHELL=/bin/sh MAKEFLAGS=b 用命令make p可以列出所有默认的宏

27、定义。,2020年7月18日星期六,67,特殊的宏,在Linux中,有几个特殊的宏定义: :扩展成依靠列表中的第一个依靠文件; :代表目标文件名,即写入输出的文件名; * :代表不包含后缀字符串的输入文件名; ? :代表比目标文件更晚的依赖文件名; % :比库文件更晚的库成员文件。 $ ：所有的依赖文件,2020年7月18日星期六,68,显式规则(Explicit Rules),显式规则具体列出了目标文件的依赖文件以及作用于其上的命令。 其基本格式如下: 目标文件:依赖文件命令 (注意,每个命令前使用Tab键缩进一次) 例: main:main.m list.h gcc o main.m list.h,2020年7月18日星期六,69,隐含规则(Implicit Rule