C 語言程式設計(unix) (轉)

C 語言程式設計(unix) (轉)[@more@]C 語言
原著: Rick McMullin

什麼是 C
C
用 g 來GCC應用
你也能看到隨 發行的其他有用的 C 程式設計工具. 這些工具包括源程式美化程式
(pretty print programs), 附加的除錯工具,
原型自動生成工具(automatic function rs).


注意: 源程式美化程式(pretty print programs)自動幫你格式化產生始終如
一的縮排格式.


什麼是 C?
C 是一種在 操作的早期就被廣泛使用的通用程式語言. 它最早是由貝爾實
驗室的 Dennis Ritch為了 UNIX
的輔助開發而寫的, 開始時 UNIX 是用語言和一種叫 B 的語言編寫的. 從那時候起,
C 就成為世界上使用最廣泛語言.

C 能在程式設計領域裡得到如此廣泛支援的原因有以下一些:
它是一種非常通用的語言. 幾乎你所能想到的任何一種計算機上都有至少一種能用的
C 編譯器. 並且它的語法和函式庫在不同的平臺上都是統一的,
這個特性對開發者來說很有吸引力.
用 C 寫的程式速度很快.
C 是所有版本的UNIX上的系統語言.
C 在過去的二十年中有了很大的發展. 在80年代末期美國國家標準協會(American
National Standards Institute)釋出了一個被稱為 ANSI C 的 C 語言標準.這更加保證
了將來在不同平臺上的 C 的一致性. 在80年代還出現了一種 C
的面向的擴充套件稱為 C++. C++ 將在另一篇文章 "C++ 程式設計"中描述.
Linux 上可用的 C 編譯器是 GNU C 編譯器, 它建立在自由基金會的程式設計許可
證的基礎上, 因此可以自由釋出. 你能在 Linux
的發行光碟上找到它.



GNU C 編譯器
隨 Slackware Linux 發行的 GNU C 編譯器(GCC)是一個全功能的 ANSI C 相容編譯
器. 如果你熟悉其他或平臺上的一種 C 編譯器, 你將能很快地掌握 GCC.
本節將介紹如何使用 GCC 和一些 GCC 編譯器最常用的選項.

使用 GCC
通常後跟一些選項和名來使用 GCC 編譯器. gcc 命令的基本用法如下:
gcc [options] [filenames]
命令列選項指定的操作將在命令列上每個給出的檔案上執行. 下一小節將敘述一些
你會最常用到的選項.

GCC 選項
GCC 有超過100個的編譯選項可用. 這些選項中的許多你可能永遠都不會用到, 但一
些主要的選項將會頻繁用到. 很多的 GCC 選項包括一個以上的字元.
因此你必須為每個選項指定各自的連字元, 並且就象大多數 Linux 命令一樣你不能在一
個單獨的連字元後跟一組選項. 例如, 下面的兩個命令是不同的:
gcc -p -g test.c

gcc -pg test.c
第一條命令告訴 GCC 編譯 test.c 時為 prof 命令建立剖析(profile)資訊並且把
除錯資訊加入到可執行的檔案裡. 第二條命令只告訴
GCC 為 gprof 命令建立剖析資訊.

當你不用任何選項編譯一個程式時, GCC 將會建立(假定編譯成功)一個名為 a.out
的可執行檔案. 例如, 下面的命令將在當前目錄下產生一個叫
a.out 的檔案:
gcc test.c
你能用 -o 編譯選項來為將產生的可執行檔案指定一個檔名來代替 a.out. 例如,
將一個叫 count.c 的 C 程式編譯為名叫 count
的可執行檔案, 你將輸入下面的命令:
gcc -o count count.c


注意: 當你使用 -o 選項時, -o 後面必須跟一個檔名.


GCC 同樣有指定編譯器處理多少的編譯選項. -c 選項告訴 GCC 僅把原始碼編譯為目
標程式碼而跳過彙編和連線的步驟.
這個選項使用的非常頻繁因為它使得編譯多個 C 程式時速度更快並且更易於管理. 預設
時 GCC 建立的目的碼檔案有一個 .o 的副檔名.
-S 編譯選項告訴 GCC 在為 C 程式碼產生了組合語言檔案後停止編譯. GCC 產生的
組合語言檔案的預設副檔名是 .s . -E
選項指示編譯器僅對輸入檔案進行預處理. 當這個選項被使用時, 預的輸出被送
到標準輸出而不是儲存在檔案裡.
優 化 選 項
當你用 GCC 編譯 C 程式碼時, 它會試著用最少的時間完成編譯並且使編譯後的程式碼
易於除錯. 易於除錯意味著編譯後的程式碼與原始碼有同樣的執行次序,
編譯後的程式碼沒有經過. 有很多選項可用於告訴 GCC 在耗費更多編譯時間和犧牲易
除錯性的基礎上產生更小更快的可執行檔案. 這些選項中最典型的是-O 和
-O2 選項.
-O 選項告訴 GCC 對原始碼進行基本最佳化. 這些最佳化在大多數情況下都會使程式執
行的更快. -O2 選項告訴 GCC 產生儘可能小和儘可能快的程式碼.
-O2 選項將使編譯的速度比使用 -O 時慢. 但通常產生的程式碼執行速度會更快.
除了 -O 和 -O2 最佳化選項外, 還有一些低階選項用於產生更快的程式碼. 這些選項
非常的特殊, 而且最好只有當你完全理解這些選項將會對編譯後的程式碼產生什麼樣的
效果時再去使用. 這些選項的詳細描述, 請參考 GCC 的指南頁, 在命令列上鍵入
man gcc
.
除錯和剖析選項
GCC 支援數種除錯和剖析選項. 在這些選項裡你會最常用到的是 -g 和 -pg 選項.
-g 選項告訴 GCC 產生能被 GNU 偵錯程式使用的除錯資訊以便除錯你的程式. GCC
提供了一個很多其他 C 編譯器裡沒有的特性, 在 GCC
裡你能使 -g 和 -O (產生最佳化程式碼)聯用. 這一點非常有用因為你能在與最終產品盡
可能相近的情況下除錯你的程式碼.
在你同時使用這兩個選項時你必須清楚你所寫的某些程式碼已經在最佳化時被 GCC 作了改
動. 關於除錯 C 程式的更多資訊請看下一節"用 gdb 除錯 C 程式" .

-pg 選項告訴 GCC 在你的程式里加入額外的程式碼, 執行時, 產生 gprof 用的剖析
資訊以顯示你的程式的耗時情況. 關於 gprof
的更多資訊請參考 "gprof" 一節.

用 gdb 除錯 GCC 程式
Linux 包含了一個叫 gdb 的 GNU 除錯程式. gdb 是一個用來除錯 C 和 C++ 程式
的強力偵錯程式. 它使你能在程式執行時觀察程式的內部結構和的使用情況. 以下是
gdb 所提供的一些功能:
它使你能監視你程式中變數的值.
它使你能設定斷點以使程式在指定的程式碼行上停止執行.
它使你能一行行的執行你的程式碼.

在命令列上鍵入 gdb 並按Enter鍵就可以執行 gdb 了, 如果一切正常的話, gdb
將被啟動並且你將在螢幕上看到類似的內容:
GDB is free software and you are welcome to distribute copies of it

under certain conditions; type "show copying" to see the conditions.

There is absolutely no warranty for GDB; type "show warranty" for details.

GDB 4.14 (i486-slakware-linux), Copyright 1995 Free Software Foundation, Inc.

(gdb)
當你啟動 gdb 後, 你能在命令列上指定很多的選項. 你也可以以下面的方式來執行
gdb :
gdb
當你用這種方式執行 gdb , 你能直接指定想要除錯的程式. 這將告訴gdb 裝入名為
fname 的可執行檔案. 你也可以用 gdb 去檢查一個因程式異常終止而產生的 core 文
件, 或者與一個正在執行的程式相連. 你可以參考 gdb 指南頁或在命令列上鍵入 gdb -h
得到一個有關這些選項的說明的簡單列表.

為除錯編譯程式碼(Compiling Code for Deging)
為了使 gdb 正常工作, 你必須使你的程式在編譯時包含除錯資訊. 除錯資訊包含你
程式裡的每個變數的型別和在可執行檔案裡的地址對映以及原始碼的行號.
gdb 利用這些資訊使原始碼和機器碼相關聯.
在編譯時用 -g 選項開啟除錯選項.

gdb 基本命令
gdb 支援很多的命令使你能實現不同的功能. 這些命令從簡單的檔案裝入到允許
你檢查所的堆疊內容的複雜命令, 表27.1列出了你在用 gdb
除錯時會用到的一些命令. 想了解 gdb 的詳細使用請參考 gdb 的指南頁.

表 27.1. 基本 gdb 命令.

命 令描 述
file裝入想要除錯的可執行檔案.
kill終止正在除錯的程式.
list列出產生執行檔案的原始碼的一部分.
next執行一行原始碼但不進入函式內部.
step執行一行原始碼而且進入函式內部.
run執行當前被除錯的程式
quit終止 gdb
watch使你能監視一個變數的值而不管它何時被改變.
break在程式碼裡設定斷點, 這將使程式執行到這裡時被掛起.
make使你能不退出 gdb 就可以重新產生可執行檔案.
使你能不離開 gdb 就執行 UNIX shell 命令.



gdb 支援很多與 UNIX shell 程式一樣的命令編輯特徵. 你能象在 bash 或 tcsh裡
那樣按 Tab 鍵讓 gdb 幫你補齊一個唯一的命令, 如果不唯一的話 gdb 會列出所有匹配
的命令. 你也能用游標鍵上下翻動歷史命令.
gdb 應用舉例
本節用一個例項教你一步步的用 gdb 除錯程式. 被除錯的程式相當的簡單, 但它展
示了 gdb 的典型應用.

下面列出了將被除錯的程式. 這個程式被稱為 greeting , 它顯示一個簡單的問候,
再用反序將它列出.
#include



main ()

{

char my_string[] = "hello there";



my_print (my_string);

my_print2 (my_string);

}



void my_print (char *string)

{

printf ("The string is %sn", string);

}



void my_print2 (char *string)

{

char *string2;

int size, i;


size = strlen (string);

string2 = (char *) malloc (size + 1);

for (i = 0; i < size; i++)

string2[size - i] = string[i];

string2[size+1] = `';

printf ("The string printed backward is %sn", string2);

}
用下面的命令編譯它:

gcc -o test test.c
這個程式執行時顯示如下結果:
The string is hello there

The string printed backward is
輸出的第一行是正確的, 但第二行列印出的東西並不是我們所期望的. 我們所
設想的輸出應該是:
The string printed backward is ereht olleh
由於某些原因, my_print2 函式沒有正常工作. 讓我們用 gdb 看看問題究竟
出在哪兒, 先鍵入如下命令:

gdb greeting


注意: 記得在編譯 greeting 程式時把除錯選項開啟.


如果你在輸入命令時忘了把要除錯的程式作為引數傳給 gdb , 你可以在 gdb
提示符下用 file 命令來載入它:

(gdb) file greeting
這個命令將載入 greeting 可執行檔案就象你在 gdb 命令列裡裝入它一樣.
這時你能用 gdb 的 run 命令來執行 greeting 了. 當它在 gdb 裡被執行後結果
大約會象這樣:
(gdb) run

Starting program: //greeting

The string is hello there

The string printed backward is

Program exited with code 041
這個輸出和在 gdb 外面執行的結果一樣. 問題是, 為什麼反序列印沒有工作?
為了找出癥結所在, 我們可以在 my_print2 函式的 for
語句後設一個斷點, 具體的做法是在 gdb 提示符下鍵入 list 命令三次, 列出原始碼:
(gdb) list

(gdb) list

(gdb) list


技巧: 在 gdb 提示符下按回車健將重複上一個命令.


第一次鍵入 list 命令的輸出如下:

1 #include

2

3 main ()

4 {

5 char my_string[] = "hello there";

6

7 my_print (my_string);

8 my_print2 (my_string);

9 }

10
如果按下回車, gdb 將再執行一次 list 命令, 給出下列輸出:

11 my_print (char *string)

12 {

13 printf ("The string is %sn", string);

14 }

15

16 my_print2 (char *string)

17 {

18 char *string2;

19 int size, i;

20
再按一次回車將列出 greeting 程式的剩餘部分:
21 size = strlen (string);

22 string2 = (char *) malloc (size + 1);

23 for (i = 0; i < size; i++)

24 string2[size - i] = string[i];

25 string2[size+1] = `';

26 printf ("The string printed backward is %sn", string2);

27 }
根據列出的源程式, 你能看到要設斷點的地方在第24行, 在 gdb 命令列提
示符下鍵入如下命令設定斷點:
(gdb) break 24
gdb 將作出如下的響應:
Breakpoint 1 at 0x139: file greeting.c, line 24

(gdb)

現在再鍵入 run 命令, 將產生如下的輸出:

Starting program: /root/greeting

The string is hello there



Breakpoint 1, my_print2 (string = 0xbfffdc4 "hello there") at greeting.c :24

24 string2[size-i]=string[i]
你能透過設定一個觀察 string2[size - i] 變數的值的觀察點來看出錯誤是怎
樣產生的, 做法是鍵入:

(gdb) watch string2[size - i]
gdb 將作出如下回應:
Watchpoint 2: string2[size - i]
現在可以用 next 命令來一步步的執行 for 迴圈了:

(gdb) next
經過第一次迴圈後, gdb 告訴我們 string2[size - i] 的值是 `h`. gdb
用如下的顯示來告訴你這個資訊:

Watchpoint 2, string2[size - i]

Old value = 0 `00'

New value = 104 `h'

my_print2(string = 0xbfffdc4 "hello there") at greeting.c:23

23 for (i=0; ibr> 這個值正是期望的. 後來的數次迴圈的結果都是正確的. 當 i=10 時,
string2[size - i] 的值等於 `e`, size - i 的值等於 1, 最後
一個字元已經拷到新串裡了.
如果你再把迴圈執行下去, 你會看到已經沒有值分配給 string2[0] 了,
而它是新串的第一個字元, 因為 malloc 函式在分配記憶體時把它們初始化為
空(null)字元. 所以 string2 的第一個字元是空字元. 這解釋了為什麼在打
印 string2 時沒有任何輸出了.
現在找出了問題出在哪裡, 修正這個錯誤是很容易的. 你得把程式碼裡寫入
string2 的第一個字元的的偏移量改為 size - 1 而不是 size.
這是因為 string2 的大小為 12, 但起始偏移量是 0, 串內的字元從偏移量 0
到 偏移量 10, 偏移量 11 為空字元保留.
為了使程式碼正常工作有很多種修改辦法. 一種是另設一個比串的實際大小
小 1 的變數. 這是這種解決辦法的程式碼:
#include



main ()


{

char my_string[] = "hello there";



my_print (my_string);

my_print2 (my_string);

}



my_print (char *string)

{

printf ("The string is %sn", string);

int size, size2, i;



size = strlen (string);

size2 = size -1;

string2 = (char *) malloc (size + 1);

for (i = 0; i < size; i++)

注意: 在你的系統上 calls , 以超級身份登入後執行下面的步驟:
1. 解壓和 un檔案.
2. cd 進入 calls untar 後建立的子目錄.
3. 把名叫 calls 的檔案移動到 /usr/bin 目錄.
4. 把名叫 calls.1 的檔案移動到目錄 /usr/man/man1 .
5. 刪除 /tmp/calls 目錄. 這些步驟將把 calls 程式和它的指南頁安裝載你的系統上.


當 calls 列印出呼叫跟蹤結果時, 它在函式後面用中括號給出了函式所在檔案的
檔名: main [test.c]
如果函式並不是向 calls 給出的檔案裡的, calls 不知道所呼叫的函式來自哪
裡, 則只顯示函式的名字:
printf
calls 不對遞迴和靜態函式輸出. 遞迴函式顯示成下面的樣子:
fact <<< recursive in factorial.c >>>
靜態函式象這樣顯示: