Linux 下C语言编程

Linux 下C语言编程

1.编程的概念和理解

1.1程序编译的过程

   在这一操作中，程序完成了复杂的过程。一个程序的编译，需要完成词法分析、语法分析、中间代码生成、代码优化、目标代码生成。

l 词法分析：指的是对由字符组成的单词进行处理，从左至右逐个字符地对源程序进行扫描，产生一个个单词符号。然后把字符串的源程序改造成为单词符号串的中间程序。在编译程序时，这一过程是自动完成的。编译程序会对代码的每一个单词进行检查。如果单词发生错误，编译过程就会停止并显示错误。这是需要对程序中的错误进行修改。

l 语法分析：语法分析器以单词符号作为输入，分析单词符号串是否形成符合语法规则的语句。例如：需要检查表达式、赋值、循环等结构是否完整和符合使用规则。在进行语法分析时，会分析出程序中错误的语句，并显示出结果。如果语法发生错误，编译任务是不能完成的。

l 中间代码生成：中间代码是源程序的一种内部表示，或称中间语言。程序进行词法分析和语法分析以后，将程序转换成中间代码。这一转换的作用是使应用程序的结构更加简单和规范。中间代码生成操作是一个中间过程，与用户无关。

l 代码优化：指对程序进行多种等价变换，使得从变换后的程序能生成更有效的目标代码。用户可以在编译程序时设置代码优化的参数，可以针对不同的环境和设置进行优化。

l 目标代码生成：指的是产生可以执行的应用程序，这是编译的最后一个步骤。生成的程序是二进制的机器语言，用户只能运行这个程序，而不能打开这个文件查看程序的代码。

1.2编译器

编译器是将编写出的程序代码转换成计算机可以运行的程序的软件。在进行C程序开发时，编写出的代码是源程序是代码，是不能直接运行的。需要用编译器编译为可以运行的二进制程序。

在不同的操作系统下面有不同的编译器。C程序是可以跨平台运行的。但并不是说Windows系统下C语言编写的程序可以直接在Linux下面运行。Windows下面用C语言编写的程序，被编译成exe文件，这样的程序只能在Windows系统下运行。如果在Linux系统下运行，需要将这个程序的源代码在Linux系统下重新编译。不同的操作系统下面有不同的编译器。Linux下面编译生成的程序是不能在Windows系统上运行的。

 

2.gcc编译器

gcc是Linux下能用的C程序编译器，具有非常强大的程序编译功能。在Linux系统下，C语言编写的程序代码一般要通过gcc编译成可执行程序。

2.1.gcc编译器的简介

 

 

 

 

 

 

2.2.gcc对源程序扩展名的支持

扩展名指的是文件名中最后一个点以后的部分。

.c为扩展名的文件，为C语言源代码文件。

.a为扩展名的文件，是由目标文件构成的库文件。

.C、.cc、.cpp为扩展名的文件，标识为C++源代码文件。

.h为扩展名的文件，说明文件是程序所包含的头文件。

.i为扩展名的文件，标识文件是已经预处理过的C源代码文件，一般为中间代码文件。

.ii为扩展名的文件，标识文件是已经预处理过的C++源代码文件，一般为中间代码文件。

.o为扩展名的文件，是编译后的目标文件，源文件生成的中间目标文件。

.s为扩展名的文件，是汇编语言源代码文件。

.S为扩展名的文件，是经过预编译的汇编语言源代码文件。

 

 

3.C语言的编译

3.1. 编写一个C程序

用vim编写一个C程序：vim a.c

3.2. 用gcc编译程序

输入命令gcc a.c ，会生成一个a.out文件

用命令chmod +x a.out 对这个程序添加可执行权限。

输入命令./a.out 运行这个程序

3.3.  查看gcc的参数

 

查表 --help  

-o常用

 

 

4. 编译过程的控制

编译过程指的是gcc对一个程序进行编译时完成的内部处理和步骤。编译程序时会自动完成预处理（Preprocessing）、编译（Compilation）、汇编（Assembly）和链接（Linking）四个步骤。

4.1.  编译过程简介

gcc把一个程序的源文件，编译成一个可执行文件，中间包括很多复杂的过程。可以用图来表示编译中四个步骤的作用和关系。

? 预处理：

? 编译：

? 汇编：

? 链接：

 

 

 

 

5.gdb调试程序

所谓调试，指的是对编好的程序用各种手段进行查错和排错的过程。进行这种查错处理时，并不仅仅是运行一次程序检查结果，而是对程序的运行过程、程序中的变量进行各种分析和处理。

 

5.1.  gdb 简介

gdb 是一个功能强大的调试工具，可以用来调试C程序或C++程序。在使用这个工具进行程序调试时，主要使用gdb进行下面4个方面的操作。

? 启动程序：在启动程序时，可以设置程序运行环境。

? 设置断点：断点就是可以在程序设计时暂停程序运行的标记。程序会在断点出停止，用户便于查看程序的运行情况。这里的断点可以是行数、程序名称或是条件表达式。

? 查看信息：在断点停止后，可以查看程序的运行信息和显示程序变量的值。

? 分步运行：程序可以一个语句一个语句的执行，这时可以及时地查看程序的信息。

? 改变环境：可以在程序运行时改变程序的运行环境和程序的变量。

 

5.2.  在程序中加入调试信息

为了使用gdb进行程序调试，需要在编译程序中加入供gdb使用的调试信息。方法是在编译程序时使用一个 -g 参数。在终端中输入下面的命令，在编译程序时加入调试信息。

gcc -g -o a.debug a.c

这时，编译程序a.c，会生成一个a.debug的可执行程序。这个可执行程序中加入了供调试所用的信息。

 

5.3.  启动gdb

在调试文件以前，需要启动gdb。在终端输入命令gdb打开

这时，gdb的启动信息如下所示。这些提示显示了gdb的版本和版权信息。

 

5.4.   在gdb中加载需要调试的程序

使用gdb调试一个程序之前，需要加载这个程序。加载程序的命令是file。在（gdb）提示符后面输入下面的命令加载程序a.debug

file  a.debug

命令的运行结果如下所示，显示已经加载了这个文件，并且使用了系统库文件。 

 

5.5.   在gdb中查看代码

用gcc命令编译程序加入了 -g 命令以后，编译后的a.debug程序中加入了断点。可以用list 命令显示程序的源代码和断点。下面的步骤是查看加入断点以后的代码。

①　 在（gdb）提示符后面输入下面的命令。

 list 1

②　  这时，gdb会提示第一个断点以前的代码。

 

③　这时，按“Enter”键，显示下一个断点以前的代码。

 

④　按“Enter”键，显示下一个断点以前的代码。

 

 

5.6.   在程序中加入断点

程序会运行到断点的位置停止下来，等待用户处理信息或查看中间变量。如果自动设置的断点不能满足调试要求，可以用break命令增加程序的断点。

例如需要在程序第6行增加一个断点，可以输入 下面的命令

 break  6

这时gdb显示的结果如下所示：

 

 

 

在程序的第18行、第19行、第21行增加断点。

break  18

break  19

break  21

 

 

5.7.  查看断点

命令“info breakpoint ”可以查看程序中设置的断点。

 

加上相应的断点编号，可以查看这个断点的信息。

 

5.8.   运行程序

gdb 中的run 命令可以使这个程序以调试的模式运行。下面的步骤是分步运行程序，对程序进行调试。

①　在（gdb）提示符后输入“run”命令，显示的结果如下

 

②　结果显示了程序中的异常，并将异常记录到了系统文件中。然后在程序的第二个断点的位置第18行停下。

③　这时输入“next/step”命令，程序会在下一行停下，结果如下。

 

④　输入“continue”命令，程序会在下一个断点的位置停下。

 

⑤　输入“continue”命令，程序运行到结束。结果如下。

 

注意：“step”命令与“next”命令的作用相似，对程序实现单步运行。不同的是，在遇上函数调用时，“step”命令可以进行到函数内部。而“next”命令只是一步完成函数的调用。

 

5.9.   变量的查看

“print”命令可以在程序的运行中查看一个变量的值。

①　程序在第一个断点的位置停下。程序进入第18行之前停下，并没有对i进行赋值。用下面“print i”命令来查看，结果显示i现在只是一个任意值。