Week2学习过程报告

一、学习内容

1. 熟悉Linux系统下的开发环境   
2. 熟悉vi的基本操作   
3. 熟悉gcc编译器的基本原理   
4. 熟练使用gcc编译器的常用选项   
5 .熟练使用gdb调试技术   
6. 熟悉makefile基本原理及语法规范   
7. 掌握静态库和动态库的生成

二、学习记录

1、Linux下C语言编程环境概述

包含：编辑器（vim）、编译链接器（gcc）、调试器（gdb）、项目管理器

2、vi的模式

1）vi的模式：命令行模式、插入模式、底行模式

a.命令行模式:用户可以上下移动光标进行删除字符或者整行删除等，或进行复制、粘贴等，但无法编辑文字。

b.插入模式：用户可以进行文字编辑输入，用户按[esc]可回到命令行模式。

c.底行模式：光标位于屏幕的底行，用户可以进行文件保存或退出操作，也可以设置编辑环境，如寻找字符串、列出行号等。

3、vi的基本流程

(1)进入 vi,即在命令行下键入“vi hello”(文件名)。此时进入的是命令行模式,光标位于屏幕的上方

(2)在命令行模式下键入 i 进入插入模式,如图 3.3 所示。可以看出,在屏幕底部显示有“插入”表示插入模式中的输入状态,在该模式下可以输入文字信息。

(3)最后,在插入模式中,按“Esc”键,则当前模式转入命令行模式,并在底行行中输入“:wq”(存盘 退出)进入底行模式,如图 3.4 所示。
这样,就完成了一个简单的 vi 操作流程:命令行模式→插入模式→底行模式。

4、　vi的各模式功能键

1）命令行模式功能键：

2）插入模式功能键：按“Esc”键可回到命令行模式 

3）底行模式功能键：

:wq!：强制保存并退出

5、gcc编译器所支持编译源文件的后缀及其解释

 

6、gcc 编译流程解析：预处理、编译、汇编、链接

Linux的可执行文件并没有像 Windows 那样有明显的.exe后缀名, 只需向其分配x(可执行)权限即可 sudo chmod u+x excutefile

gcc的-E参数可以让gcc在预处理结束后停止编译过程。

将hello.i编译为目标代码，gcc默认将.i文件看成是预处理后的C语言源代码，因此它会直接跳过预处理，开始编译过程。

gcc预处理源文件的时候(第一步)，不会进行语法错误的检查。语法检查会在第二步进行，比如花括号不匹配、行末尾没有分号、关键字错误等。

1)预处理阶段：在该阶段,对包含的头文件(#include)和宏定义(#define、#ifdef 等)进行处理。在上述代码的预处理过 程中,编译器将包含的头文件 stdio.h 编译进来,并且用户可以使用 gcc 的选项“-E”进行查看,该选项的 作用是让 gcc 在预处理结束后停止编译过程。

例如：[root@localhost gcc]# gcc –E hello.c –o hello.i

选项“-o”是指目标文件,“.i”文件为已经过􏰄处理的 C 程序。

（gcc 指令的一般格式为:gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件] 其中,目标文件可缺省,gcc 默认生成可执行的文件,名为:编译文件.out）

2)编译阶段：接下来进行的是编译阶段,在这个阶段中,gcc 首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等,以确定代码实际要做的工作,在检查无误后,gcc 把代码翻译成汇编语言。用户可以使用“-S”选项来进行查看, 该选项只进行编译而不进行汇编,结果生成汇编代码。 

[root@localhost gcc]# gcc –S hello.i –o hello.s 

3)汇编阶段：汇编阶段是把编译阶段生成的“.s”文件转成目标文件,读者在此使用选项“-c”就可看到汇编代码已转化为“.o”的二进制目标代码了。 

[root@localhost gcc]# gcc –c hello.s –o hello.o 

4）链接阶段：在成功编􏰂之后,就进入了链接􏰁段。 系统把函数的实现都放到名为 libc.so.6 的库文件中去了,在没有特别指定时, gcc 会到系统默认的搜索路径“/usr/lib”下进行查找,也就是链接到 libc.so.6 􏰃数库中去,这样就能􏰇使用各类函数了,而这也正是链接的作用。 

􏰃函数库有􏰈静态库和动态库两种。静􏰈态库是指编􏰂译链接时,将库文件的代码全部加入可执行文件中,因此生成的文件比较大,但在运行时也就不再需要库文件了。其后􏰉名通常为“.a”。动态库与之相反,在编译􏰂链接时并没有将库文件的代码加入可执行文件中,而是在程序执行时加载库,这样可以节省系统的开销。一般动态库的后􏰉名为“.so”,如前面所述的 libc.so.6 就是动态库。gcc 在编译时默认使用动态库。 完成了链接之后,gcc 就可以生成可执行文件。

[root@localhost gcc]# gcc hello.o –o hello 

[root@localhost gcc]# ./hello 

7、gcc 编􏰂译选项 

gcc 有超过 100 个可用选项,主要包括总体选项􏰋􏰌和出错选项、优化选项和体系结构相关选项。

（1）常用选项

a.“-I dir”:“-I dir”选项可以在头文件的搜索路径列表中添加 dir 目录。由于 Linux 中头文件都默认 放到了“/usr/include/”目录下,因此,当用户希望添加放置在其他位置的头文件时,就可以通过“-I dir” 选项来指定,这样,gcc 就会到相应的位置查找对应的目录。 

比如在“/root/workplace/gcc”下有两个文件，可在 gcc 命令行中加入“-I”选项：

[root@localhost gcc]# gcc hello1.c –I /root/workplace/gcc/ -o hello1 

gcc 就能够执行出正确结果 。

（在 include 􏰶􏰷中,􏰸<>􏰹表􏰺在􏰔􏰻􏰼􏰽中􏰾􏰿􏱀文件,􏰸􏰸􏰹􏰹表􏰺在本目 小知识 录中􏰾􏰿。􏱁在上􏱂中,可把 hello1.c 的􏰸#include<my.h>􏰹改为􏰸#include “my.h”􏰹,

􏱃不需要加上􏰸-I􏰹选􏰑了。）

（2）库选项

 

在 Linux 中的每 个程序都会链接到一个或者多个库，函数库有􏰈态库和动态库两种,􏰈态库是一系列的目标文件(.o 文件)的归􏰣文件(文件名格式为 libname.a),如果在编􏰂某个程序时链接􏰈态库,则链接器将会搜索􏰈态库,从中􏱜取出它所需要的目标 文件并直接复制到该程序的可执行二进制文件(ELF 格式文件)之中;动态库(文件名格式为 libname.so[.主 版本号.次版本号.发行号])在程序编􏰂时并不会被链接到目标代码中,而是在程序运行时才被载入。 

我们所编写的.c文件都可以制作一个􏰃函数库。过程如下：

 a.静态库的创建和使用

使用归档工具ar将一些目标文件集成在一起。例如：

[root@localhost lib]# gcc -c haha.c

[root@localhost lib]# ar rcsv libpow.a haha.o

a - haha.o

下面编译主程序，它将会链接到刚生成的静态库haha.a：

[root@localhost lib]# gcc -o heihei heihei.c -L. -lpow

[root@localhost lib]# ./heihei 2 10

2^10=1024

其中,选项“-L dir”的功能与“-I dir”类似,能够在库文件的搜索路径列表中添加 dir 目录,而“-lname” 选项指示编译􏰂时链接到库文件 libname.a 或者 libname.so。本实例中,程序heihei.c 需要使用当前目录下的一个静􏰈态库 libpow.a。

b.动态库的创建和使用

数显使用gcc的-fPIC选项为动态库创造一个目标文件：

[root@localhost lib]# gcc -fPIC -Wall -c haha.c

接下来使用-shared选项和已创建的位置无关目标代码，生成一个动态库libpow.so

[root@localhost lib]#  gcc -shared -o libpow.so haha.o

下面编译主程序，它将会链接到刚生成的动态库libpow.so

[root@localhost lib]# gcc -o heihei heihei.c -L. -lpow

在运行可执行程序之前,需要注册动态库的路径名。其方法有几种:修改/etc/ld.so.conf 文件,或者修改 LD_LIBRARY_PATH 环境􏰦变量,或者将库文件直接复制到/lib 或者/usr/lib 目录下(这两个目录为系统的默认的库路径名)。 

[root@localhost lib]# op libpow.so /lib

[root@localhost lib]# ./heihei 2 10

2^10=1024

动态库只有当使用它的程序执行时才被链接使用,而不是将需要的部分直接编􏰂入可执行文件中,并且一 个动态库可以被多个程序使用故可称为共享库,而􏰈静态库将会整合到程序中,因此在程序执行时不用加载静态库。 从而可知,链接到􏰈静态库会使用户的程序􏰧􏰨,并且难以升级,但是可能会比较容易部署􏰩。而 链接到动态库会使用户的程序轻便,并且易于升级,但是会难以部署􏰩。

（3）告警和出错选项

a.“-ansi”

该选项强制 gcc 生成标准语法所要求的􏰋􏰌告警信息,尽管这还并不能保证所有没有警告􏰌􏰋的程序都是符合 ANSI C 标准的。无法发现无效数据类型的错误。如（long long）

b.“-pedantic”

打􏰵印ANSI C标准所列出的全部警告􏰌􏰋信息,同样也保证所有没有警告􏰌􏰋的程序都是符合ANSI C标准的。 能够查出无效数据类型的错误。

c.

“-Wall”
打􏰵印gcc 能够􏱜供的所有有用的􏲙􏰌报警信息。 能够找出未使用的变量，但不能找出无效数据类型的错误。

另外，gcc 还可以利用选项对单独的常见错误分别指定警告􏰌􏰋。

（4）优化选项

gcc 可以对代码进行优化,它通过编􏰂选项“-On”来􏱎制优化代码的生成,其中 n 是一个代表优化级别的整数。对于不同版本的 gcc 来讲,n 的取值􏰝􏵙范围及其对应的优化效果可能并不完全相同,比较􏵚典型的􏰝􏵙是从0变化到2或3。 

不同的优化级别对应不同的优化处理工作。如使用优化选项“-O”主要进行线程􏱆跳转(Thread Jump)和􏱇 􏱈延迟退栈(Deferred Stack Pops)两种优化。使用优化选项“-O2”除了完成所有“-O1”级别的优化之外,同时还要进行一些􏱊额外的􏰇调整工作,如处理器指令􏰇度等。选项“-O3”则还包括循环展开和其他一些与处理器特性相关的优化工作。 

(5)体系结构相关选项 

 

 

8、gdb调试器

gdb 调试器是一款 GNU 开发组织并发布的 UNIX/Linux 下的程序􏰇调试工具。

它可以实现：

1. 启动程序，可以按照用户自定义的要求随心所欲的运行程序。
2. 可让被调试的程序在用户所指定的调试的断点处停住 (断点可以是条件表达式)。
3. 当程序停住时，可以检查此时程序中所发生的事。
4. 动态地改变程序的执行环境。
5. 从上面来看，gdb和一般的调试工具区别不大，基本上也是完成这些功能，不过在细节上，会发现gdb这个调试工具的强大。大家可能习惯了图形化的调试工具，但有时候，命令行的调试工具却有着图形化工具所不能完成的功能。­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

（1） $ gdb testgdb <---------- 启动gdb

(gdb) break 16 <-------------------- 设置断点，在源程序第16行处。

(gdb) break func <-------------------- 设置断点，在函数func()入口处。

(gdb) info break <-------------------- 查看断点信息。

(gdb) r <--------------------- 运行程序，run命令简写

(gdb) n <--------------------- 单条语句执行，next命令简写。

(gdb) c <--------------------- 继续运行程序，continue命令简写。 Continuing.

(gdb) p i<--------------------- 打印变量i的值，print命令简写。

(gdb) bt <--------------------- 查看函数堆栈。

(gdb) finish <--------------------- 退出函数。

(gdb) c <--------------------- 继续运行。

(gdb) q <--------------------- 退出gdb。

（2）gdb主要调试的是C/C++的程序。要调试C/C++的程序，首先在编译时，必须要把调试信息加到可执行文件中。使用编译器(cc/gcc/g++)的 -g 参数即可。例如：

$ gcc -g hello.c -o hello

$ g++ -g hello.cpp -o hello

如果没有-g，将看不见程序的函数名和变量名，代替它们的全是运行时的内存地址。当用-g把调试信息加入，并成功编译目标代码以后，看看如何用gdb来调试。

启动gdb的方式如下：

1. gdb <program> program也就是执行文件，一般在当前目录下。
2. gdb <program> core 用gdb同时调试一个运行程序和core文件，core是程序非法执行后，core dump后产生的文件。
3. gdb <program> <PID> 如果程序是一个服务程序，那么可以指定这个服务程序运行时的进程ID。gdb会自动attach上去，并调试它。program应该在PATH环境变量中搜索得到。 gdb启动时，可以加上一些gdb的启动开关，详细的开关可以用gdb -help查看。下面只列举一些比较常用的参数： -symbols <file> -s <file> 从指定文件中读取符号表。 -se file 从指定文件中读取符号表信息，并把它用在可执行文件中。 -core <file> -c <file> 调试时core dump的core文件。 -directory <directory> -d <directory> 加入一个源文件的搜索路径。默认搜索路径是环境变量中PATH所定义的路径。

9、makefile

$ vim Makefile

有了这个Makefile，不论什么时候修改源文件，只要执行一下make命令，所有必要的重新编译将自动执行。make程序利用Makefile中的数据，生成并遍历以test为根节点的树；

test(目标文件):prog.o code.o(依赖文件列表)

　　 tab(至少一个tab的位置) gcc prog.o code.o -o test(命令)

　　.......

一个Makefile文件主要含有一系列的规则，每条规则包含一下内容：

一个目标，即make最终需要创建的文件，如可执行文件和目标文件；

目标也可以是要执行的动作，如‘clean’；

一个或多个依赖文件的列表，通常是编译目标文件所需要的其他文件。

之后的一系列命令，是make执行的动作，通常是把指定的相关文件编译成目标文件的编译命令，每个命令占一行，并以tab开头（初学者务必注意：是tab，而不是空格）

执行以上Makefile后就会自动化编译

如：

$ make

gcc -c prog.c -o prog.o

gcc -c code.c -o code.o

gcc prog.o code.o -o test

最后就会多产生： porg.o code.o test这三个文件，执行./test查看结果

make clean会执行rm -f *.o test这条命令，完成 clean 操作。

Makefile还可以定义和使用宏(也称做变量)，从而使其更加自动化，更加灵活，在Makefile中定义宏的格式为：

macroname = macrotext

使用宏的格式为：

$(macroname)

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实验楼操作笔记：

1、从教程vimtutor中退出只需输入"：q!"

2、h：光标左移，l：光标右移，j：光标下行，k：光标上行

3、x:删除光标处字符

4、i:在光标处前一个位置插入字符

5、esc：恢复为正常状态

6、a:在光标位置输入文本

7、wq：保存文本后并退出

8、dw：删除以光标所在位置开头的单词

9、d$：删除从光标处直至末尾的部分文本

10、删除讲解：

11、dd：删除一整行；2dd：删除两整行

12：u:撤销上一次操作；U：撤销一整行全部操作；Ctrl-R：撤销撤销动作

13、dd删除后的句子会缓存至vim中，用p在欲插入粘贴的位置上方课将上一次剪切的句子贴入

14、r:用光标指向修改部位，r,然后输入欲改为的字符。完成替换

15、c$：更正至光标位置起到句末的部分

16、shift-g:跳转至指定行；Ctrl-g:查看文件信息和当前信息

17、/+字符：自动在文本中向下搜索关键词，？+字符：自动在文本中向上搜索关键词，n向后继续查找。Shift-n为向上查找。

18、%：括号匹配查看

19、:s/old/new:用new替换文本中第一个相符字符串；:s/old/new/g:替换整行中的相符字符串；#,#s/old/new/g:替换两行间的匹配串；:%s/old/new/g：替换整个文件中的匹配串;:%s/old/new/gc:进行全文替换时需询问用户确认

20、Shift+zz：保存退出vim

21、行间转换：

 

22、行内转换：

23、~:将小写字母变为大写

24、复制粘贴和剪切：

25、ddp:交换上下行

26、替换和撤销：

27、使用命令进行快速调整缩进操作

28、shiftwidth命令

shiftwidth命令是指>>命令产生的缩进（可以简写成sw） 普通模式下输入:进入命令行模式下对shiftwidth值进行设置可以控制缩进和回退的字符数获取目前的设定值

：set shiftwidth?查看缩进值默认值;:set shiftwidth=n设置缩进值

29、设置文本位置

命令行模式下输入:ce(center)命令使本行内容居中

命令行模式下输入:ri(right)命令使本行文本靠右

命令行模式下输入:le(left)命令使本行内容靠左

30、高级查找

31、同时创建两个新文件并编辑：$ vim 1.txt 2.txt

默认进入1.txt文件的编辑界面

进入vim后打开新文件

恢复文件：vim -r进入文档后，输入:ewcover 1.txt

31、可视模式选取

32、视窗操作

:new 打开一个新的vim视窗，并进入视窗编辑一个新文件

33、文档加密：$ vim -x file1

34、在vim执行外部命令：在命令行模式中输入!可以执行外部的shell命令

35、vim中的查看帮助

36、vim的功能设定：可以在编辑文件的时候进行功能设定，如命令行模式下输入:set nu（显示行数），设定值退出vim后不会保存。要永久保存配置需要修改vim配置文件。 vim的配置文件~/.vimrc，可以打开文件进行修改，不过务必小心不要影响vim正常使用

37、获取目前的设定

38、set功能的说明

39、vim进入编译器后并不会打开任何文件，但是可以通过：e 文件路径进入某指定文件

40、I:在行首插入

41、A：在行末插入

42、o:在当前行后插入一个新行；O：在当前行前插入一个新行

43、X：删除游标所在前一个字符

44、d^:删除至行首

45、dG:删除到文档结尾处；dlG删除至文档首部

46、.表示重复上一次的命令操作

47、Ctrl+o:跳转回上次光标的位置

 

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遇到的问题：

1、在vim教程中，想练习：wq保存文件后退出时，总是将命令错误输入在如下图的小框内，然后后来使用：q!退出小框后再次输入:wq<Enter>后就成功了。

2、在Linux实验GCC的使用这一节中，最后让我们试编译hello.h、hello_print.c、hello_main.c三个文件时，输入$gcc hello_print.c hello_main.c -o hello会报错，如下图：

我尝试在hello_main.c中加入#include<stdio.h>，不再报错。但是却没有输出“Hello，Shi-Yan-Lou”。

后来我删掉了以上修改，重新编译，却又不报错了。我觉得很奇怪。而且也依旧没有输出。

3、makefile中按照实验指导操作却总是有报错，无法得出自动编译结果，频频出现“未定义调用myfun()"这样的提示。