Linux编程基础

C++是一个功能强大而又应用广泛的计算机语言，就应用领域而言，几乎无所不在，因为有操作系统的地方就会有C++的存在，热门程序而言，也就仅次于C和Java.而C与C++又有天然的血缘关系。如果是一个跨平台的项目，也就有必要到Linux下C++的编程有一个进行一个系统的学习和了解。本文主要记录在Linux平台下学习C++的一些总结和心得。希望与大家一起学习与成长！

在进行Linux下C++编程之前，先来了解几个重要的工具和概念：

GUN

在Linux下进行编程，GNU是你永远绕不开的一个概念，因为你处处都可以看到它，那它是一个什么东西呢？ 

GNU是GNU’s Not Unix的缩写,意思是GNU并不是Unix。那它是什么呢？其实它有多个含义：

GUN项目

1984年，史托曼(Richard Stallman)开始GNU项目，这个项目的目的是创建一个自由、开放的UNIX操作系统(Free Unix)。但是建立一个操作系统谈何容易啊！而且在当时的 GNU 是仅有史托曼一个人单打独斗的，这实在太麻烦，但又不能放弃这个计划。于是史托曼反其道而行之：“既然操作系统太复杂， 我就先写可以在 Unix 上面运行的小程序，这总可以了吧？”基于这个想法， 史托曼便开始参考Unix上的现有软件，并依据这些软件的作用开发出具有相同功能的软件，并将其开源。后来越来越多的人知道免费好用的GUN软件，并且与付费的专利的性能差不了多少，使用GUN软件的人就越来多，GNU项目也逐步打开知名度。

为了这个计划，他开始使用原本Unix上面跑的软件，并自行撰写功能与Unix原有专利软件相仿的软件。但不论是什么软件，都得要进行编译成为二进制档案(binary file)后才能够执行，因此他便开始撰写C语言的编译器，那就是现在相当有名的GNU C(gcc)！这个点相当的重要！这是因为C语言编译器版本众多，但都是专利软件，如果他写的C编译器够棒，效能够佳，那么将会大大的让GNU计划出现在众人眼前！

GUN自由软件协议

GPL协议指的是通用公共许可证(General Public License, GPL)。由于GNU项目开发的软件都是开放源代码的自由软件，这就有可能被他人盗用并对它进行注册而成为专利软件。为解决这个问题，1985年史托曼与律师草拟了有名的通用公共许可协议，你可以在GNU软件源码的每一个文件(如.h、.cpp)开头看到这个协议的声明，

GCC

GCC是Linux最常用的编译器，基本语法格式为：$ gcc [options][filenames]

options参数有很多种，现列一些常用的参数如下：

-c，只编译，不链接成为可执行文件，编译器只是由输入的.c等源代码文件生成.o为后缀的目标文件，通常用于编译不包含主程序的子程序文件。 
-o output_filename，确定输出文件的名称为output_filename，同时这个名称不能和源文件同名。如果不给出这个选项，gcc就给出预设的可执行文件a.out。 
-g，产生符号调试工具(gdb)所必要的符号资讯，要想对源代码进行调试，我们就必须加入这个选项。 
-O，对程序进行优化编译、链接，采用这个选项，整个源代码会在编译、链接过程中进行优化处理，这样产生的可执行文件的执行效率可以提高，但是编译、链接的速度就相应地要慢一些。 
-O2，比-O更好的优化编译、链接，当然整个编译、链接过程会更慢。 
-Wall，开启编译器几乎所有常用的警告，有助于检测程序存在的问题

下面用一些例子来说明如何简单使用gcc命令

home目录下有一个hello.c 源文件，其内容如下：

#include <cstdio.h>int main(){    printf("hello,world\n");    return 0;}123456

case1

$ gcc -c hello.c # 对hello.c只编译不链接1

生成一个hello.o 文件，其扩展名为.obj，是目标文件，无法执行。想要执行，必须再将其转换为可执行文件

$ gcc hello.o -o abc # 如果不加abc，则默认生成a.out可执行文件1

执行命令后，生成一个abc 文件，无扩展名，linux下的可执行文件，这时，再用./abc 即可执行，打印输出。当然，也可以将多个.o 文件一起链接，生成一个可执行文件。

case2

$ gcc hello.c -o abc1

直接生成了abc 可执行文件，说明同时完成了编译链接的工作。

$ gcc hello.c -O0$ gcc hello.c -O1$ gcc hello.c -O2 # 使用优化编译和链接，速度慢123

这个貌似无法添加输出的name参数，只能这样，默认输出a.out 文件，./a.out 一样能执行

case3

链接多个程序，假设/home 目录下有三个文件：hello.c， hello_fn.c和头文件hello.h，其内容分别如下：

// hello.hvoid hello (const char * name); // hello_fun.c#include <stdio.h> #include "hello.h" void hello (const char * name) {     printf ("Hello, %s!\n", name);} // hello.c#include "hello.h" int main() {     hello("world"); // hello函数在hello.h声明，在hello_fun.c中定义    return 0;}123456789101112131415161718

下面编译源文件，使用如下命令：

$ gcc -Wall hello.c hello_fn.c -o newhello1

注意到头文件hello.h并未在命令行中指定，源文件中的的 #include "hello.h" 指示符使得编译器自动将其包含到合适的位置。执行后生成newhello 可执行文件。

gcc和g++

gcc既可以编译C程序，也可以编译C++程序（通过扩展名自动确认），但是gcc无法自动链接C++库函数，比如STL。因此，编译C++程序的任务还是交给g++比较好。

• 编译阶段是相同的，链接阶段g++默认链接c++库，gcc没有。

• 一般情况下用gcc编译c文件，用g++编译cpp文件。

• 也可以用gcc编译cpp文件，但后面需要加一个选项-l stdc++，作用是链接C++库。

• gcc train.cpp -o exe -l stdc++ 和g++ train.cpp -o exe 算是等效的。

GDB

GDB是Linux下常用的调试工具，其主要功能有如下4点：

• 启动你的程序，可以按照你的自定义的要求随心所欲的运行程序。

• 可让被调试的程序在你所指定的调置的断点处停住。（断点可以是条件表达式）

• 当程序被停住时，可以检查此时你的程序中所发生的事。

• 你可以改变你的程序，将一个BUG产生的影响修正从而测试其他BUG。

基本用法

GDB主要调试的是C/C++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，如下所示：

$ gcc -g hello.c -o hello$ g++ -g hello.cpp -o hello12

编译成功后，可以使用gdb hello 启动GDB调试程序，然后使用一些命令调试程序:

• l 列出程序内容

• break 16在16行设置断点

• break func在func函数入口设置断点

• info break可以查看断点信息

• r执行程序，

• n是单步运行

• c继续运行程序

• p sum打印变量sum的值

• bt可以查看函数堆栈

• finish可以退出函数

• until num 跳到指定行num，结束循环

• q退出gdb

更多GDB调试技巧参考100个gdb小技巧

Makefile

Makefile文件中描述了整个工程所有文件的编译顺序、编译规则（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），可以使用make命令来解析这些规则。

C/C++源程序变为可执行程序需要两步，首先是编译（compile），将源文件转化为obj文件或o文件，第二步是链接（link） ，将大量的obj文件合成为可执行文件。

编译时，编译器需要的是语法的正确，函数与变量的声明的正确。对于后者，通常是你需要告诉编译器头文件的所在位置（头文件中应该只是声明，而定义应该放在C/C++文件中），只要所有的语法正确，编译器就可以编译出中间目标文件。

链接时，主要是链接函数和全局变量，所以，我们可以使用这些中间目标文件（o文件或是obj文件）来链接我们的应用程序。

基本规则

目标 : 需要的条件 （注意冒号两边有空格）　　　　命令　  　（注意前面用tab键开头）12

• 目标是想要生成的文件，可以是obj文件，也可以是可执行文件等等；

• 需要的条件是目标所需的源文件或者obj；

• 命令是生成目标执行的gcc/g++命令或其他命令；

总结就是：目标文件依赖于条件，生成则使用相应的命令。如果需要的条件的文件比目标更新的话，就会执行生成命令来更新目标。

case1

如果一个工程有3个头文件，和8个C文件，最朴素的Makefile应该是下面的这个样子的。

output : main.o kbd.o command.o display.o /           insert.o search.o files.o utils.o            gcc -o edit main.o kbd.o command.o display.o /                       insert.o search.o files.o utils.o     main.o : main.c defs.h            gcc -c main.c    kbd.o : kbd.c defs.h command.h            gcc -c kbd.c    command.o : command.c defs.h command.h            gcc -c command.c    display.o : display.c defs.h buffer.h            gcc -c display.c    insert.o : insert.c defs.h buffer.h            gcc -c insert.c    search.o : search.c defs.h buffer.h            gcc -c search.c    files.o : files.c defs.h buffer.h command.h            gcc -c files.c    utils.o : utils.c defs.h            gcc -c utils.c    clean :            rm output main.o kbd.o command.o display.o /               insert.o search.o files.o utils.o123456789101112131415161718192021222324

很明显，output是最终想得到的可执行文件（Linux系统下可执行文件一般不给扩展名），那具体的工作流程是：

1. make会在当前目录下找名字叫“Makefile”或“makefile”的文件。

2. 如果找到，它会找文件中的第一个目标文件（target），在上面的例子中，他会找到“edit”这个文件，并把这个文件作为最终的目标文件。

3. 如果edit文件不存在，或是edit所依赖的后面的o文件的文件修改时间要比edit这个文件新，那么就会执行后面所定义的命令来生成edit这个文件。

4. 如果edit所依赖的o文件也不存在，那么make会在当前文件中找目标为o文件的依赖性，如果找到则再根据那一个规则生成o文件。（这有点像一个堆栈的过程）

5. 当然c文件和h文件是存在的，于是make会生成o文件，然后再用o文件生成make的终极任务，也就是执行文件edit了。

case2

上述例程中，重复率比较高，可以试着使用变量，节省代码量。

objects = main.o kbd.o command.o display.o /              insert.o search.o files.o utils.o     output : $(objects)            gcc -o edit $(objects)    main.o : main.c defs.h            gcc -c main.c    kbd.o : kbd.c defs.h command.h            gcc -c kbd.c    command.o : command.c defs.h command.h            gcc -c command.c    display.o : display.c defs.h buffer.h            gcc -c display.c    insert.o : insert.c defs.h buffer.h            gcc -c insert.c    search.o : search.c defs.h buffer.h            gcc -c search.c    files.o : files.c defs.h buffer.h command.h            gcc -c files.c    utils.o : utils.c defs.h            gcc -c utils.c    clean :            rm output $(objects)1234567891011121314151617181920212223

此例中，使用object变量代指一系列的o文件，此时修改其中的o文件，只用改定义的那一处，output行不用改。

case3

make命令可以自动推导，比如

utils.o : utils.c defs.h            gcc -c utils.c12

完全可以写成utils.o : defs.h ，因为make只要看到utils.o，就知道是utils.c生成的，而且还知道使用了gcc -c utils.c 命令，但是无法推导utils.c用了哪些头文件，所以要把用到的头文件写出来。于是，更为精简的Makefile如下：

objects = main.o kbd.o command.o display.o /              insert.o search.o files.o utils.ogcc = cc # linux下cc和gcc是同一个东西    output : $(objects)            cc -o edit $(objects)     main.o : defs.h    kbd.o : defs.h command.h    command.o : defs.h command.h    display.o : defs.h buffer.h    insert.o : defs.h buffer.h    search.o : defs.h buffer.h    files.o : defs.h buffer.h command.h    utils.o : defs.h 　　clean :            rm output $(objects)1234567891011121314151617

上述功能只能适用于简单的程序，且所有文件都放在在同一目录下。

更多Makefile知识可参考：跟我一起写Makefile