7.1-UCday01AM-第一课：开发环境
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第一课 开发环境
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TIOBE(世界计算机语言排名)
1 - C
2 - Java
3 - Objective C
4 - C++
C/C++/数据结构和算法 - 平台无关，算法逻辑
UC/Win32/Android/iOS - 平台相关，系统调用
嵌入式/驱动程序/移植 - 硬件相关，硬件接口
一、课程内容
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开发环境 - 1天 -+
内存管理 - 1天 |
文件系统 - 2天 |
进程管理 - 1天 |
信号处理 - 1天 +- 共10天
进程通信 - 1天 |
网络通信 - 1天 |
线程管理 - 1天 |
线程同步 - 1天 -+
二、Unix操作系统
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1. 简介
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美国AT&T公司贝尔实验室，
1971年，
肯.汤普逊、丹尼斯.里奇。
PDP-11，多用户、多任务、支持多种处理器架构。
高安全性、高可靠性，高稳定性。
既可构建大型关键业务系统的商业服务器应用，
也可构建面向移动终端、手持设备等的嵌入式应用。
图示：pdp-11.jpg
2. 三大派生版本
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1) System V
AIX: IBM，银行
Solaris: SUN->Oracle，电信
HP-UX
IRIX
2) Berkley
FreeBSD
NetBSD
OpenBSD
Mac OS X
3) Hybrid
Minix: 迷你版的类Unix操作系统。
Linux: GPL，免费开源，商用服务器(RedHat)、
桌面(Ubuntu)、嵌入式(Android)。
3. Unix族谱
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图示：unix_history.png
三、Linux操作系统
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1. 简介
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类Unix操作系统，免费开源。
不同发行版本使用相同内核。
手机、平板电脑、路由器、视频游戏控制台、台式计算机、
大型计算机、超级计算机。
严格意义上的Linux仅指操作系统内核。
隶属于GNU工程。
发明人Linus Torvalds。
图示：linus.jpg
2. 标志
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Tux (Tuxedo，一只企鹅)
图示：tux.png
3. 相关知识
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1) Minix操作系统
荷兰阿姆斯特丹Vrije大学，
数学与计算机科学系，
Andrew S. Tanenbaum，
ACM和IEEE的资深会员。
2) GNU工程
Richard Stallman发起于1984年，
由自由软件基金会(FSF)提供支持。
GNU的基本原则就是共享，
其主旨在于发展一个有别于一切商业Unix系统的，
免费且完整的类Unix系统——GNU Not Unix。
3) POSIX标准
Portable Operating System Interface for
Computing Systems，
统一的系统编程接口规范。
由IEEE和ISO/IEC开发。
保证应用程序源代码级的可移植性。
Linux完全遵循POSIX标准。
4) GPL
通用公共许可证。
允许对某成果及其派生成果的重用、修改和复制，
对所有人都是自由的，但不能声明做了原始工作，
或声明由他人所做。
4. 版本
~~~~~~~
1) 早期版本：0.01, 0.02, ..., 0.99, 1.0
2) 旧计划：介于1.0和2.6之间，A.B.C
A: 主版本号，内核大幅更新。
B: 次版本号，内核重大修改，奇数测试版，偶数稳定版。
C: 补丁序号，内核轻微修订。
3) 2003年12月发布2.6.0以后：缩短发布周期，A.B.C-D.E
D: 构建次数，反映极微小的更新。
E: 描述信息。
rc/r - 候选版本，其后的数字表示第几个候选版本，
越大越接近正式版本
smp - 对称多处理器
pp - Red Hat Linux的测试版本
EL - Red Hat Linux的企业版本
mm - 测试新技术或新功能
fc - Red Hat Linux的Fedora Core版本
如:
# cat /proc/version
Linux version 3.6.11-4.fc16.i686
# cat /proc/version
Linux version 3.2.0-39-generic-pae
5. 特点
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1) 遵循GNU/GPL
2) 开放性
3) 多用户
4) 多任务
5) 设备独立性
6) 丰富的网络功能
7) 可靠的系统安全
8) 良好的可移植性
6. 发行版本
~~~~~~~~~~~
1) 大众的Ubuntu
2) 优雅的Linux Mint
3) 锐意的Fedora
4) 华丽的openSUSE
5) 自由的Debian
6) 简洁的Slackware
7) 老牌的RedHat
四、GNU编译工具GCC
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1. 支持多种编程语言
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C、C++、Objective-C、Java、Fortran、Pascal、Ada
2. 支持多种平台
~~~~~~~~~~~~~~~
Unix、Linux、Windows。
3. 构建(Build)过程
~~~~~~~~~~~~~~~~~~
编辑 -> 预编译 -> 编译 -> 汇编 -> 链接
1) 编辑： vi hello.c -> hello.c
2) 预编译：gcc -E hello.c -o hello.i -> hello.i -+
3) 编译： gcc -S hello.i -> hello.s | GCC
4) 汇编： gcc -c hello.s -> hello.o | 工具链
5) 链接： gcc hello.o -o hello -> hello -+
范例：hello.c
4. 查看版本
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gcc -v
5. 文件后缀
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.h - C语言源代码头文件
.c - 预处理前的C语言源代码文件
.i - 预处理后的C语言源代码文件
.s - 汇编语言文件
.o - 目标文件
.a - 静态库文件
.so - 共享库(动态库)文件
6. 编译单个源程序
~~~~~~~~~~~~~~~~~
gcc [选项参数] 文件
-c - 只编译不链接
-o - 指定输出文件
-E - 预编译
-S - 产生汇编文件
-pedantic - 对不符合ANSI/ISO C语言标准的
扩展语法产生警告
-Wall - 产生尽可能多的警告。
范例：gcc -Wall wall.c
-Werror - 将警告作为错误处理。
范例：gcc -Werror werror.c
-x - 指定源代码的语言。
范例：gcc -x c++ cpp.c -lstdc++
-g - 生成调试信息
-O1/O2/O3 - 优化等级
7. 编译多个源程序
~~~~~~~~~~~~~~~~~
gcc [选项参数] 文件1 文件2 ...
思考：头文件的作用是什么?
1) 声明外部变量、函数和类。
2) 定义宏、类型别名和自定义类型。
3) 包含其它头文件。
4) 借助头文件卫士，防止因同一个头文件被多次包含，
而引发重定义错。
包含头文件时需要注意：
1) gcc的-I选项
指定头文件附加搜索路径。
2) #include <...>
先找-I指定的目录，再找系统目录。
3) #include "..."
先找-I指定的目录，再找当前目录，最后找系统目录。
4) 头文件的系统目录
/usr/include
/usr/local/include
/usr/lib/gcc/i686-linux-gnu/4.6.3/include
/usr/include/c++/4.6.3 (C++编译器优先查找此目录)
范例：calc.h、calc.c、math.c
math.c中不包含calc.h，输出0.000000。
参数和返回值均按int处理。
math.c中包含calc.h，输出30.000000。
参数和返回值均按double处理。
8. 预处理指令
~~~~~~~~~~~~~
#include // 将指定文件的内容插至此指令处
#include_next // 与#include一样，
// 但从当前目录之后的目录查找，极少用
#define // 定义宏
#undef // 删除宏
#if // 判定
#ifdef // 判定宏是否已定义
#ifndef // 判定宏是否未定义
#else // 与#if、#ifdef、#ifndef结合使用
#elif // else if多选分支
#endif // 结束判定
## // 连接宏内两个连续的字符串
# // 将宏参数扩展成字符串字面值
#error // 产生错误，结束预处理
#warning // 产生警告
范例：error.c
# gcc error.c -DVERSION=2
error.c:4:3: error: #error "Version too low !"
# gcc error.c -DVERSION=3
# gcc error.c -DVERSION=4
error.c:6:3: warning: #warning "Version too high !" [-Wcpp]
#line // 指定行号
范例：line.c
#pragma // 提供额外信息的标准方法，可用于指定平台
#pragma GCC dependency <文件> // 若<文件>比此文件新
// 则产生警告
#pragma GCC poison <标识> // 若出现<标识>
// 则产生错误
#pragma pack(1/2/4/8) // 按1/2/4/8字节
// 对齐补齐
范例：pragma.c
9. 预定义宏
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__BASE_FILE__ // 正在编译的源文件名
__FILE__ // 所在文件名
__LINE__ // 行号
__FUNCTION__ // 函数名
__func__ // 同__FUNCTION__
__DATE__ // 日期
__TIME__ // 时间
__INCLUDE_LEVEL__ // 包含层数，从0开始
__cplusplus // C++编译器将其定义为1，
// C编译器不定义该宏
范例：print.h、predef.h、predef.c
# gcc predef.c
__BASE_FILE__ : predef.c
__FILE__ : print.h
__LINE__ : 9
__FUNCTION__ : print
__func__ : print
__DATE__ : May 25 2013
__TIME__ : 07:31:39
__INCLUDE_LEVEL__ : 2
# g++ predef.c
__BASE_FILE__ : predef.c
__FILE__ : print.h
__LINE__ : 9
__FUNCTION__ : print
__func__ : print
__DATE__ : May 25 2013
__TIME__ : 07:32:33
__INCLUDE_LEVEL__ : 2
__cplusplus : 1
10. 环境变量
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C_INCLUDE_PATH - C头文件的附加搜索路径，
相当于gcc的-I选项
CPATH - 同C_INCLUDE_PATH
CPLUS_INCLUDE_PATH - C++头文件的附加搜索路径
LIBRARY_PATH - 链接时查找静态库/共享库的路径
LD_LIBRARY_PATH - 运行时查找共享库的路径
范例：calc.h、calc.c、cpath.c
# gcc calc.c cpath.c
cpath.c:2:17: fatal error: calc.h: No such file or directory
通过gcc的-I选项指定C/C++头文件的附加搜索路径：
# gcc calc.c cpath.c -I.
将当前目录作为C头文件附加搜索路径，
添加到CPATH环境变量中：
# export CPATH=$CPATH:. // export保证当前shell的
// 子进程继承此环境变量
# echo $CPATH
# env | grep CPATH
也可以在~/.bashrc或~/.bash_profile
配置文件中写环境变量，持久有效：
export CPATH=$CPATH:.
执行
# source ~/.bashrc
或
# source ~/.bash_profile
生效。以后每次登录自动生效。
头文件的三种定位方式：
1) #include "目录/xxx.h" - 头文件路径发生变化，
需要修改源程序
2) C_INCLUDE_PATH/CPATH=目录 - 同时构建多个工程，
可能引发冲突
3) gcc -I目录 - 既不用改程序，
也不会有冲突
五、库
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1. 合久必分——增量编译——易于维护。
分久必合——库——易于使用。
2. 链接静态库是将库中的被调用代码复制到调用模块中，
而链接共享库则只是在调用模块中，
嵌入被调用代码在库中的(相对)地址。
3. 静态库占用空间非常大，不易修改但执行效率高。
共享库占用空间小，易于修改但执行效率略低。
4. 静态库的缺省扩展名是.a，共享库的缺省扩展名是.so。
六、静态库
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1. 创建静态库
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1) 编辑源程序：.c/.h
2) 编译成目标文件：gcc -c xxx.c -> xxx.o
3) 打包成静态库文件：ar -r libxxx.a xxx.o ...
# gcc -c calc.c
# gcc -c show.c
# ar -r libmath.a calc.o show.o
ar指令：ar [选项] 静态库文件名 目标文件列表
-r - 将目标文件插入到静态库中，已存在则更新
-q - 将目标文件追加到静态库尾
-d - 从静态库中删除目标文件
-t - 列表显示静态库中的目标文件
-x - 将静态库展开为目标文件
注意：提供静态库的同时也需要提供头文件。
2. 调用静态库
~~~~~~~~~~~~~
# gcc main.c libmath.a (直接法)
或通过LIBRARY_PATH环境变量指定库路径：
# export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH:.
# gcc main.c -lmath (环境法)
或通过gcc的-L选项指定库路径：
# unset LIBRARY_PATH
# gcc main.c -lmath -L. (参数法)
一般化的方法：gcc .c/.o -l<库名> -L<库路径>
3. 运行
~~~~~~~
# ./a.out
在可执行程序的链接阶段，已将所调用的函数的二进制代码，
复制到可执行程序中，因此运行时不需要依赖静态库。
范例：static/
七、共享库
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1. 创建共享库
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1) 编辑源程序：.c/.h
2) 编译成目标文件：gcc -c -fpic xxx.c -> xxx.o
3) 链接成共享库文件：gcc -shared xxx.o ... -o libxxx.so
# gcc -c -fpic calc.c
# gcc -c -fpic show.c
# gcc -shared calc.o show.o -o libmath.so
或一次完成编译和链接：
# gcc -shared -fpic calc.c show.c -o libmath.so
PIC (Position Independent Code)：位置无关代码。
可执行程序加载它们时，可将其映射到其地址空间的
任何位置。
-fPIC : 大模式，生成代码比较大，运行速度比较慢，
所有平台都支持。
-fpic : 小模式，生成代码比较小，运行速度比较快，
仅部分平台支持。
注意：提供共享库的同时也需要提供头文件。
2. 调用共享库
~~~~~~~~~~~~~
# gcc main.c libmath.so (直接法)
或通过LIBRARY_PATH环境变量指定库路径：
# export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH:.
# gcc main.c -lmath (环境法)
或通过gcc的-L选项指定库路径：
# unset LIBRARY_PATH
# gcc main.c -lmath -L. (参数法)
一般化的方法：gcc .c/.o -l<库名> -L<库路径>
3. 运行
~~~~~~~
运行时需要保证LD_LIBRARY_PATH
环境变量中包含共享库所在的路径：
# export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:.
# ./a.out
在可执行程序的链接阶段，
并不将所调用函数的二进制代码复制到可执行程序中，
而只是将该函数在共享库中的地址嵌入到可执行程序中，
因此运行时需要依赖共享库。
范例：shared/
gcc缺省链接共享库，可通过-static选项强制链接静态库。
如：gcc -static hello.c
八、动态加载共享库
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#include <dlfcn.h>
1. 加载共享库
~~~~~~~~~~~~~
void* dlopen (
const char* filename, // 共享库路径，
// 若只给文件名，
// 则根据LD_LIBRARY_PATH
// 环境变量搜索
int flag // 加载方式
);
成功返回共享库句柄，失败返回NULL。
flag取值：
RTLD_LAZY - 延迟加载，使用共享库中的符号
(如调用函数)时才加载。
RTLD_NOW - 立即加载。
2. 获取函数地址
~~~~~~~~~~~~~~~
void* dlsym (
void* handle, // 共享库句柄
const char* symbol // 函数名
);
成功返回函数地址，失败返回NULL。
3. 卸载共享库
~~~~~~~~~~~~~
int dlclose (
void* handle // 共享库句柄
);
成功返回0，失败返回非零。
4. 获取错误信息
~~~~~~~~~~~~~~~
char* dlerror (void);
有错误发生则返回错误信息字符串指针，否则返回NULL。
范例：load.c
注意：链接时不再需要-lmath，但需要-ldl。
九、辅助工具
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nm: 查看目标文件、可执行文件、静态库、
共享库中的符号列表。
ldd: 查看可执行文件和共享库的动态依赖。
ldconfig: 共享库管理。
事先将共享库的路径信息写入/etc/ld.so.conf配置文件中，
ldconfig根据该配置文件生成/etc/ld.so.cache缓冲文件，
并将该缓冲文件载入内存，借以提高共享库的加载效率。
系统启动时自动执行ldconfig，但若修改了共享库配置，
则需要手动执行该程序。
strip: 减肥。去除目标文件、可执行文件、
静态库和共享库中的符号列表、调试信息等。
objdump: 显示二进制模块的反汇编信息。
# objdump -S a.out
指令地址 机器指令 汇编指令
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8048514: 55 push %ebp
8048515: 89 e5 mov %esp,%ebp
8048517: 83 e4 f0 and $0xfffffff0,%esp
804851a: 83 ec 20 sub $0x20,%esp
804851d: c7 44 24 04 02 00 00 movl $0x2,0x4(%esp)
作业：编写一个函数diamond()，打印一个菱形，其高度、
宽度、实心或者空心以及图案字符，均可通过参数设置。
分别封装为静态库libdiamond_static.a和
动态库libdiamond_shared.so，并调用之。
代码：diamond/
linux高级编程_day01AM
内存结构_堆结构_内存分配函数
（两年之内，看看笔记代码获取经验）
好的程序员的最重要的能力是代码模仿能力；
学习C++的方法：
搞不懂的要会写就行；我们是学开车而不是修车；
面向对象：OOP与面向对象分析；
OOP与OOD完全不同的；
继承，其实是一种扩展；
课程体系（技术体系）学习过程：
五大基本能力；
系统可运行在PC机上，可运行在服务器上，
可运行在ARM为CPU的系统上面；
UNIX是先天不支持多线程；
嵌入式的方向专注于设备驱动；
核心编程专注于进程管理/内存管理/文件目录系统管理/IO
图形界面的UI
XML处理
分布式和中间件技术（Tuxedo/Corba/MQ）
企业用 的多是 这三个中间件技术；
web service处理
OpenGL多媒体方向；
这几个方面的应用不做过多了解；
定位：提高编程的能力，养成一种直觉，为设备驱动与
Window应用奠定基础；
shell 编程；
内存管理：
硬件层次
内核层次
数据结构层次
语言级别
内存管理一直围绕C/C++
内核层次：内存映射、堆扩展；
数据结构是内存，解决的是内存的一些细节问题；
sgi 公司最好的实现STL
sgi开发的OpenGL - 做图像处理的；
申请一个容器往里面加数据就行了，隐藏的是内存的托管；
内存是不能轻易越界的；
不需要类型转换，C/ObjC是一样的，是弱类型语言;
内存是不能够越界的，否则系统的稳定性会受到严重质疑；
分配的是4个字节，为什么内存的间距是12个字节；
new 和malloc 一模一样的
Linux对内存的描述：
/proc/${pid}
每一个进程有一个编号；存放进程运行时候所有的信息
（包括内存结构）
编号作为子目录 ；
-ps aue // 所有的用户有效进程
environ 环境参数和环境变量
maps 保存着程序运行的所有内存结构
C/C++是由区别的。
进程的所有文件夹，程序结束文件夹自动删掉；
-cat maps 包含着内存的所有内存结构
前面这一段理论上一个G，是程序映射到内存中的
动态库或者共享库；
804800开始；
4k空间称为一个叶；
程序的内存空间分为4个段：
代码空间的地址；权限；
代码寻址范围4G；
任何一个程序都是这样做的；
Linux里面可以看到空间；
任何程序都有一个自加载器，执行程序拷贝到代码空间；
指针直接指到main；指向首地址，分配全局栈；
unistd.h UNIX标准头文件
内存是分段去管理的 ；
进程查看: ps aue
函数在内存中放到什么地方：
auto 是临时变量；
代码区首地址的值是固定的8048000；
vdsol 虚拟的共享对象；
代码区的权限是可执行的；
全局区；
839d是堆；
栈；
什么是堆，什么是栈？
栈是从顶往上压；
栈空间分配的 时候是 直接压到栈顶；
什么原因free，释放失败？
原来我们的堆表面是是随意维护；
里面后台是维护一个链表；
维护着当前节点，上个节点，下个节点；
还有一个成员维护着当前区域的大小，4个字节；
malloc() 堆的维护背后是靠一个链表去维护的；
越间访问把链表结构破坏了，free出错；
new 和 malloc共用一个结构；
new多出来一个东西
UDT 复合类型，用户自定义类型；
user define type;
后台有专门的维护来干这个东西；
p 和 a 重合在一起；
new()定位分配；
定位分配在include头文件当中；
<wiz_tmp_tag id="wiz-table-range-border" contenteditable="false" style="display: none;">
