Linux 开发工具vim、gcc/g++、makefile

目录

Linux编辑器-vim

1. 基本概念

2. 基本操作

3. 正常模式命令集

4. 末行模式命令集

5. 其他操作

6. 简单vim配置

Linux编译器-gcc/g++

1、基本概念 

2、程序翻译的过程

3. gcc如何完成程序翻译

4、动静态库 

Linux项目自动化构建工具-make/Makefile

1、背景

2、创建makefile

3、原理

5、项目清理

进度条小程序

1、缓冲区刷新

2、原理 

3、实现 

Linux编译器-gcc/g++

1、基本概念 

gcc是GNU Compiler Collection（GNU编译器集合）的缩写，是一个广泛使用的编程工具，用于编译和链接C、C++、Objective-C和其他语言的源代码。

gcc主要用于将高级编程语言（如C、C++等）的源代码转换为可执行文件或库文件。它执行以下主要任务：

1. 编译：gcc将源代码文件（如.c、.cpp等）编译为机器代码文件（如.o、.obj等）。编译过程将源代码转换为汇编语言，然后再转换为机器代码。

2. 链接：gcc将编译生成的目标文件（.o、.obj等）以及所需的库文件链接在一起，生成最终的可执行文件或库文件。链接过程将解析和解决符号引用，将多个目标文件和库文件组合成一个完整的可执行文件。

除了编译和链接源代码，gcc还提供了许多选项和功能，用于优化代码、调试程序、生成调试信息、处理预处理指令等。

2、程序翻译的过程

1. 预处理（进行去注释、宏替换、头文件展开、条件编译)
2. 编译（C/C++ >>> 汇编)
3. 汇编（汇编 >> 可重定向二进制目标文件）
4. 连接（链接多个 .o .obj 合并形成可执行文件.exe)

3. gcc如何完成程序翻译

格式 gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]

• 预处理功能主要包括宏定义,文件包含,条件编译,去注释等。
• 预处理指令是以#号开头的代码行。
• 实例: gcc -E hello.c -o hello.i
  • 选项“-E”,该选项的作用是让 gcc 在预处理结束后停止编译过程。
  • 选项“-o”是指目标文件,“.i”文件为已经过预处理的C原始程序，-o后面紧跟生成的目标文件。

• 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,以确定代码的实际要做的工作,在检查
• 无误后,gcc 把代码翻译成汇编语言。
• 选项“-S”：从现在开始进行程序的翻译，如果编译完成就停下来。
• 实例: gcc –S hello.i –o hello.s

• 汇编阶段是把编译阶段生成的“.s”文件转成目标文件（二进制文件）。
• 选项“-c”从现在开始进行程序的翻译，如果汇编完成就停下来。
• 实例: gcc –c hello.s –o hello.o

• 在成功编译之后,就进入了链接阶段。
• 实例: gcc hello.o –o hello

4、动静态库 

• 在我们的C程序中，虽然没有定义“printf”函数的实现，且在预编译中包含的“stdio.h”中只有该函数的声明，但实际上，“printf”等标准库函数的实现被存放在名为 libc.so.6 的库文件中。
• 当使用gcc编译时，如果没有特别指定，它会默认在系统的搜索路径（通常是/usr/lib）下查找这个库文件。通过链接到libc.so.6，程序能够实现对“printf”等函数的调用，这就是链接阶段的作用。

在Linux系统中，库文件主要有两种形式：动态库（.so文件）和静态库（.a文件）。相应地，在Windows系统中，这两种类型的库文件分别以.dll（动态库）和.lib（静态库）作为后缀名。

静态库在编译链接过程中，将库文件中的代码全部加入到生成的可执行文件中。这种方式会导致可执行文件体积较大，但好处是运行时不再依赖外部的库文件。静态库文件在Linux中一般以.a作为后缀名。

动态库的处理方式则不同，它在编译链接时不会将库文件的代码直接加入到可执行文件中。

• 相反，程序在运行时会动态地加载所需的库文件。这种方式可以减少系统资源的占用，因为多个程序可以共享同一个库文件的单个副本。
• 动态库文件在Linux中的后缀名通常为.so，例如之前提到的libc.so.6便是一个动态库。
• 在编译时，GCC默认采用动态库链接，从而生成的二进制程序通常是动态链接的。这一点可以通过使用file命令来验证。例如，编译生成可执行文件的命令可以是：gcc hello.o -o hello，这里GCC会默认链接到动态库。

• -E 只激活预处理,这个不生成文件,你需要把它重定向到一个输出文件里面
• -S  编译到汇编语言不进行汇编和链接
• -c  编译到目标代码
• -o 文件输出到 文件
• -static 此选项对生成的文件采用静态链接
• -g 生成调试信息。GNU 调试器可利用该信息。
• -shared 此选项将尽量使用动态库，所以生成文件比较小，但是需要系统由动态库.
• -O0 -O1 -O2 -O3
  • 编译器的优化选项的4个级别，-O0表示没有优化,-O1为缺省值，-O3优化级别最高
• -w  不生成任何警告信息。
• -Wall 生成所有警告信息。

Linux项目自动化构建工具-make/Makefile

1、背景

• 会不会写makefile，从一个侧面说明了一个人是否具备完成大型工程的能力
• 一个工程中的源文件不计数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，makefile定义了一系列的规则来指定，哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作
• makefile带来的好处就是——“自动化编译”，一旦写好，只需要一个make命令，整个工程完全自动编译，极大的提高了软件开发的效率。
• 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都有这个命令，比如：Delphi的make，Visual C++的nmake，Linux下GNU的make。可见，makefile都成为了一种在工程方面的编译方法。
• make是一条命令，makefile是一个文件，两个搭配使用，完成项目自动化构建。

2、创建makefile

要使用Makefile，您可以按照以下步骤进行：

1. 创建Makefile文件：在项目的根目录或适当的位置创建一个名为“Makefile”（或“makefile”）的文件。

2. 定义目标和规则：在Makefile中，定义您的目标和相应的规则。每个目标表示一个输出文件，而规则则指定如何生成目标。

target: dependencies//依赖关系
        command//依赖方法

    例如，如果您有一个C程序（如“hello.c”）需要编译成可执行文件（如“hello”），Makefile可能如下所示：

hello: hello.o
    gcc hello.o -o hello

hello.o: hello.c       
    gcc -c hello.c -o hello.o

• hello: hello.o 就是依赖关系
• gcc hello.o -o hello,就是依赖方法

3. 运行make命令：在命令行中，进入到包含Makefile的目录，并运行`make`命令。

make

    这将根据Makefile中的规则自动构建项目。

这样，Makefile就会根据定义的规则构建和管理您的项目。这对于大型项目和多文件项目的构建过程特别有用。

3、原理

hello: hello.o
    gcc hello.o -o hello

hello.o: hello.s
    gcc -c hello.s -o hello.o

hello.s: hello.i
    gcc -S hello.i -o hello.s

hello.i: hello.c
    gcc -E hello.c -o hello.i

.PHONY:clean
clean:
     rm -f hello.i hello.s hello.o hello

• 上面的文件 hello ,它依赖 hell.o
• hello.o , 它依赖 hello.s
• hello.s , 它依赖 hello.i
• hello.i , 它依赖 hello.c

1. 寻找Makefile：Make首先在当前目录下寻找名为“Makefile”或“makefile”的文件。
2. 确定目标文件：在Makefile中，Make会查找第一个目标（target），例如“hello”，并将其作为构建过程的最终目标。
3. 检查文件依赖和更新：如果目标文件“hello”不存在，或者它依赖的文件（如“hello.o”）比“hello”更新（这可以通过touch命令模拟），Make将执行相应的命令来生成“hello”文件。
4. 递归解析依赖：如果“hello”依赖的“hello.o”文件不存在，Make会在Makefile中寻找生成“hello.o”的规则，并递归地解析直到所有依赖都被构建。这个过程类似于堆栈操作，Make会一层层地解析文件依赖关系，直到所有必需的文件都被编译或更新。
5. 编译和构建：在所有的C文件和H文件存在的情况下，Make将根据规则生成“hello.o”文件，然后使用它来完成最终目标“hello”的构建。

Make的核心在于管理文件之间的依赖关系。它会一步步地检查和满足这些依赖，直到达到最终的构建目标。如果在解析依赖的过程中遇到无法找到的文件，Make会停止并报错。然而，对于命令执行错误或编译失败，Make不会中断其过程，因为它主要关注的是文件依赖性。

总结来说，Make通过逐层解析和满足文件依赖，自动化地管理编译过程。这种方式极大地简化了复杂项目的构建过程，使开发者能够专注于代码开发，而不是构建过程的每一个细节。

5、项目清理

工程是需要被清理的。

• 像clean这种，没有被第一个目标文件直接或间接关联，那么它后面所定义的命令将不会被自动执行， 不过，我们可以显示要make执行。即命令——“make clean”，以此来清除所有的目标文件，以便重编译。
• 但是一般我们这种clean的目标文件，我们将它设置为伪目标,用 .PHONY 修饰,伪目标的特性是，总是被执行的，总是会根据依赖关系执行依赖方法。

例： 链接三个文件

其中makefile如下： 

[hbr@VM-16-9-centos lesson5]$ cat makefile 
mytest:test.o main.o
gcc -o mytest test.o main.o
test.o:test.c
gcc -c test.c -o test.o
main.o:main.c
gcc -c main.c -o main.o

.PHONY:clean
clean:
rm -f *.o mytest

进度条小程序

1、缓冲区刷新

[hbr@VM-16-9-centos program1]$ touch test.c
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ vim test.c
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ cat test.c 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    printf("hello\n");
    sleep(3);
    return 0;
}
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ gcc test.c 
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ ls
a.out  makefile  proc  proc.c  test.c
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ ./a.out 
hello
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ vim test.c
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ cat test.c 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    printf("hello");
    sleep(3);
    return 0;
}
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ gcc test.c 
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ ./a.out 

第一次输出时：先输出Hello然后3秒后结束。

第二次去掉“\n”输出时：先等待三秒然后输出Hello后结束。

当第一次执行编译后的程序时，程序会立即输出"hello"，然后等待3秒钟后结束。这是因为printf函数遇到换行符\n时，会立即刷新输出缓冲区，使得"hello"紧接着被输出到屏幕上。

而在第二次执行时，由于从printf的字符串中移除了换行符\n，输出的行为有所不同。

• 在这种情况下，printf输出的"hello"首先被存储在输出缓冲区中，并不会立即显示。
• 由于C语言的输出缓冲区是根据特定的刷新策略来刷新的，对于到显示器这种设备，其一般的刷新策略是在遇到换行符\n时进行刷新。
• 因此，当没有换行符引导的直接刷新时，输出缓冲区会等待直到程序结束或遇到其他刷新条件才进行刷新。这就是为什么在移除\n后，"hello"会在等待了3秒后才显示出来的原因。

2、原理 

\n换行本质上是：换行(到下一行)+回车(到行首)，先看代码。

[hbr@VM-16-9-centos program1]$ vim test.c 
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ cat test.c 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int n = 6;
    while(n >= 0)
    {
        printf("n=%d\n",n);
        n--;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ gcc test.c 
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ ./a.out 
n=6
n=5
n=4
n=3
n=2
n=1
n=0
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ vim test.c //\n换成\r
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ gcc test.c 
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ ./a.out //没有输出结果
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ vim test.c 
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ cat test.c 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int n = 6;
    while(n >= 0)
    {
        printf("n=%d\r",n);
        n--;
        fflush(stdout);
        sleep(1);
    }
    return 0;
}
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ gcc test.c 
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ ./a.out 
[hbr@VM-16-9-centos program1]$//会按照倒计时输出，此处不方便展示效果

• 第一个示例中，\n用于在每次输出后换行并回到行首，这是标准的行为，使得每个输出结果都在新的一行显示，因此可以看到从n=6递减到n=0的过程，每个数字都在新的一行上。
• 然而，将\n替换为\r时，行为发生了变化。在计算机中，\r是回车符，它的作用是将光标移回行首，但不会进入新行。这意味着如果只用\r而不是\n，所有的输出都会在同一行上发生，而且后面的输出会覆盖前面的输出。
• 在没有fflush(stdout);的情况下，由于输出缓冲区不会因\r而刷新，可能在程序执行完毕之前看不到任何输出。这是因为输出缓冲区通常在满了或者程序结束时才会自动刷新，导致在第二次尝试中看不到输出结果。
• 引入fflush(stdout);后，每次调用printf之后立即强制刷新输出缓冲区，使得即使是\r也能即时看到效果。这导致光标回到行首，然后用新的数字覆盖旧的数字，实现了一个简单的倒计时效果。因为光标每次都回到行首，而且立即刷新，所以你可以看到n的值从6递减到0，但这个过程中你只会在屏幕上看到一个数字的变化，而不是多行输出。

3、实现 

该程序的可视化效果是一个逐步填充的进度条，旁边有一个旋转的符号表示进度正在进行，直到进度条完全填满，并显示100%。通过这种方式，可以在执行较长时间的操作时给用户一个视觉上的反馈。

[hbr@VM-16-9-centos program1]$ tree
.
├── makefile
├── proc.c
└── test.c

0 directories, 3 files
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ cat makefile 
proc:proc.c
gcc -o proc proc.c

.PHONY:clean
clean:
rm -f proc
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ vim proc.c 
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ cat proc.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#define NUM 51

int main()
{
    char bar[NUM];
    memset(bar,0,sizeof(bar));
    const char *lable="|/-\\";
    int i=0;
    while(i<=50)
    {
        printf("[%-50s][%d%%] %c\r",bar,i*2,lable[i%4]);
        bar[i++]='#';
        fflush(stdout);
        usleep(30000);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ make
gcc -o proc proc.c
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ ls
makefile  proc  proc.c  test.c
[hbr@VM-16-9-centos program1]$ ./proc
[##################################################][100%] -

在proc.c中，定义了一个进度条，使用字符数组bar来模拟进度条的填充情况，并通过循环逐渐增加bar数组中的#字符数量来表示进度的增加。下面是代码的逐行解释：

1. 包含必要的头文件stdio.h（用于输入输出）、string.h（用于内存操作），和unistd.h（用于usleep函数，暂停执行）。
2. 定义宏NUM为51，这个值用于定义字符数组bar的长度。
3. 在main函数中，声明字符数组bar并通过memset函数将其初始化为全0，这意味着开始时进度条是空的。
4. 定义一个字符串lable，包含四个字符"|/-\\"，用于在进度条旁边显示旋转的效果，模仿一个正在进行的操作。
5. 使用while循环，条件为i小于等于50，这意味着进度条的最大填充长度为50个#字符。
6. 在循环内部，使用printf函数打印进度条。[%-50s]用于左对齐打印字符串bar，宽度固定为50个字符；[%d%%]显示当前进度的百分比，因为循环是到50，所以用i*2来计算百分比；%c用于打印旋转符号，通过lable[i%4]选择"|/-\\"中的一个字符，随着i的增加而变化。
7. 每次循环时，将bar[i]设置为#，通过递增i来模拟进度条的填充。
8. 使用fflush(stdout)强制刷新标准输出，确保每次循环的输出都能立即显示而不是等缓冲区满。
9. usleep(30000)暂停30毫秒（30000微秒），这样用户可以看到进度条的逐步填充和旋转符号的动态变化。
10. 循环结束后，打印一个换行符\n，以避免在命令行提示符出现之前光标停留在进度条的末尾。
11. 函数返回0，表示程序正常结束。

原文地址：https://blog.csdn.net/m0_73800602/article/details/135983303

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