Linux應用開發入門(轉)

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今天偶然看到這篇文章，作個入門瞭解仍是不錯的。

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前一陣子在QQ上和朋友聊天的時候，總會看到有人說Linux上的應用程序開發是高手才能夠完成的，並且這種「迷信」在目前彷佛還很廣泛。然而，狀況並非這樣的，從程序庫的支持方面，Linux平臺爲用戶級應用程序的開發提供了不少功能強大且豐富的程序庫，並且它們大部分是跨平臺的（Boost、OpenGL、STL、Qt、Java等）和基於POSIX標準的（glibc等），同時Linux內核還爲驅動程序的開發提供了功能完備的內核接口，從開發工具方面，Linux提供了功能強大的編譯器GCC和調試器GDB，藉助它們的幫助，咱們能夠很輕鬆的在Linu x上開發出可移植性的應用程序。既然如此，「迷信」又源於何來呢？我想，一方面因爲詳細介紹Linux各類開發的書籍較少，各類Linux應用在國內仍不普及，另外一方面則是因爲不少人在安裝好一個Linux後，苦於找不到一個駕輕就熟的IDE環境，從而感到不知所措，畢竟，咱們不少人都習慣了寫好程序後，按下F5，剩下的任務就讓IDE全權代理了。其實想在Linux下如此這般固然也沒問題。既然說到了IDE，就讓咱們從它開始吧，相信選擇一個好的IDE環境是你整個學習過程的一個不錯的開始。

 

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工欲善其事 必先利其器——IDE篇

其實Linux下有許多功能強大的IDE環境，由於從某種意義上說，Linux是專爲開發者準備的操做系統，這個東西固然少不了，在這裏爲讀者介紹一些比較經常使用的IDE。

KDevelop

這是一個用Qt開發的IDE，其主要支持的語言是C / C++，

Eclipse

近年來，eclipse能夠說發展極爲迅速，它不只是一個以java爲主的開發平臺，其功能強大的插件體系結構使得它能夠被看成各類應用程序來使用。做爲各類插件的載體，eclipse提供了完整的GUI接口，用戶徹底能夠藉助eclipse來只關心本身想作的工做。

Emacs

VIM

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山高月曉 水落石出——IDE後臺的故事 GCC篇

前面咱們簡要介紹了一些IDE環境，其中全部C/C++相關程序的編譯都是由GCC來完成的，而IDE只不過起到了一個收集編譯信息和爲咱們的項目生成makefile等做用（後面咱們會提到）。出於目前Linux開發的特色，C還是系統開發的主流語言。因此，對GCC有一個全面的瞭解是頗有必要的，一旦IDE不能知足你的需求，咱們要有手工打造程序的能力，並且出於學習的目的，咱們每每不須要IDE生成的那些複雜的文件，爲一個Hello world生成2M多的文件顯然是多餘的。

GCC的全稱是GNU Compiler Collection，從這個名字咱們不難看出，GCC表明着一個編譯器的集合，目前GCC能夠支持C, C++, Objective-C, Objective-C++, Fortran, Java, and Ada等語言。可是出於通常性考慮，咱們這裏只討論GCC中的C/C++部分。

目前GCC的最新發布版是4.0.0，可是這個版本因爲使用了新技術和新的編碼規範，不少舊的代碼都須要修改才能夠經過編譯，因此並不推薦使用這個版本。而相對穩定的新版本目前是3.4.4，你們能夠到GNU的主頁上更新下載。那麼究竟GCC強大在哪裏，如何使用？下面我就經過幾個簡單而實際的例子帶你看看GCC提供的強大功能。

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經過Helloworld的編譯熟悉GCC的基本使用方法

彷佛爲全部新語言提供一個Hello World樣本程序已經成爲了一種不成文的標準，人們經過它來認識語言的一些基本要素。在這裏，咱們使用一個Hello World來看看如何用GCC生成可執行文件。

1 #include<stdio.h>
2 
3 int main()
4 {
5     printf("hello world!\r\n");
6     return 0;
7 }

把上面的文件存成helloworld.c，以後打開控制檯，輸入以下的命令

gcc helloworld.c –o helloworld

若是一切正常的話，你的控制檯上應該沒有任何輸出。用ls查看你的工做目錄，你會發現目錄下多了一個名爲helloworld的可執行文件，以後，執行

./hellworld

就會看到這個程序的輸出了

很簡單不是嗎？可是學過計算機的朋友都應該知道，程序的編譯過程要分爲下圖所示的過程而GCC的強大之處就在於它容許你在上面所示的任何一個過程當中停下來查看中間結果，並對其加以控制。

1. 預處理

首先是預處理過程，GCC的-E選項可讓GCC在預處理後中止編譯，並向標準輸出打印預處理事後的文件。下面的-o用於指定輸出文件的文件名。

gcc –E hellowrold.c –o helloworld.cpp

下面是helloworld.cpp的一部分的內容，咱們看到，文件已經包含了stdio.h中的內容。

若是咱們想執行下一步的編譯過程，能夠繼續使用GCC的-x <language type>選項，該選項用於顯示指定文件的後綴名（而不是讓編譯器根據後綴來自行判斷）。咱們比較經常使用的language type有以下幾種,(若是讀者想得到更爲完整參數說名，請參考GCC manual)：

l         c c-header c-cpp-output

l         c++ c++-header c++-cpp-output

l         assembler assembler-with-cpp

另外，下表列出了經常使用的GCC後綴名

文件後綴	註釋
.c	須要通過預處理的C代碼文件
.i	不須要通過預處理的C代碼文件
.ii	不須要通過預處理的C++代碼文件
.h	須要被預編譯的C, C++, Objective-C頭文件
.cc .cp .cxx .cpp .CPP .c++ .C	須要被預處理的C++程序文件
.hh .H	須要被預編譯的C++頭文件
.s	彙編代碼文件
.S	須要被預處理的彙編文件

 

 

固然，你也能夠省略掉language type的部分，這時候GCC會根據文件的後綴名自行判斷，就像你沒有使用該選項同樣。

下面繼續咱們的編譯過程

2. 編譯

若是咱們想得到編譯後的源文件可使用-S選項，該選項讓gcc只執行編譯（生成彙編文件）而不進行彙編（生成目標文件）,此時，咱們能夠用-o選項指定輸出的彙編文件的名稱。

gcc –S helloworld.cpp –o hellowrld.S

3. 彙編

另外，咱們還可使用GCC的-c選項來編譯和彙編源文件而不連接，此時-o指定的輸出文件就是編譯後的目標文件名

gcc –x c++ -c helloworld.cpp –o helloworld.o

4. 連接

最後，咱們能夠利用GCC來把咱們剛纔生成的.o文件連接成可執行程序

gcc helloworld.o –o helloworld

這一次，咱們使用了-o選項指定了可執行文件名，也就是說，根據輸入文件類型的不一樣，-o有着不一樣的含義。

5. 函數庫的連接和包含文件

對於咱們編寫的任和一個程序，沒有庫函數的支持是不可想象的，而當咱們要使用的頭文件和函數庫不在GCC默認的搜索路徑下的時候（例如OpenGL、Qt、KDE、Boost等），咱們就須要手工來告訴GCC他們的位置。

先來看頭文件路徑的指定。咱們能夠利用-I<dir_name>來指定咱們但願GCC去搜索的頭文件目錄，例如咱們要使用X11的程序，咱們就要使用下面的選項

再來看庫函數的設置：咱們經過-L<dir_name>和-l<lib_name>兩個命令行選項完成任務。其中-L用於告訴GCC在<dir_name>中去尋找函數庫，而-l選項則告訴GCC使用用戶指定的程序庫。在Linux中，函數庫的命名是遵循UNIX約定的，即lib{lib name}，例如libsocket.so，因此當你須要告訴GCC使用這些庫的時候，你就可使用-lsocket選項。一般，這兩個命令是結合在一塊兒使用的，例如引用X11程序庫的時候，咱們能夠這樣：

–L/usr/X11R6/lib –lX11

另外，GCC在默認狀況下使用共享庫來連接程序，而當你想連接靜態庫的時候，必定要使用-static選項，例如-lncurses -static

在這一部分的最後，咱們對編譯時用到的GCC經常使用命令作一個簡要的總結

 

命令	說明
-x <language type>	顯示指定輸入文件的格式
-c	編譯和彙編源文件，但不連接，輸出爲.o文件格式
-S	編譯源文件，但不彙編，輸出爲.S文件格式
-E	只對源文件進行預處理，並不編譯，輸出爲通過預處理的源代碼
咱們能夠利用上面的-x和-c / –S / –E的組合來控制GCC的整個編譯過程，其中-x用於告訴GCC咱們從哪裏開始，而-c / -S / -E用來告訴GCC在那裏結束。
-o output-file	用來指定輸出文件，該選項能夠指定不少種輸出文件，例如：可執行文件、目標文件、彙編文件或者是預處理過的程序代碼等，這要根據具體的命令行參數而定。固然，GCC還提供了默認的-o選項，其中，默認的可執行文件是a.out，目標文件是<file_name>.o，彙編文件是<file_name>.s，預編譯頭文件的格式是<file_name>.suffix.gch
-I<dir name>	告訴GCC在<dir name>中去尋找頭文件
-L<dir name>	告訴GCC在<dir name>中去尋找庫文件
-l<lib name>	使用名爲lib<lib name>.so的程序庫
-static	通知GCC連接靜態庫

 

 

上面，咱們提到了關於GCC編譯的經常使用命令，這裏另外補充一些幫助性的經常使用命令，他們可讓你對GCC的基本配置和使用做一個瞭解。

命令	說明
-v	向標準錯誤打印編譯GCC時使用的命令和預處理器和編譯器的編本，若是你在升級GCC時猶豫不定，那麼不妨在你的控制檯上使用這個選項，看看廠商的配置
--help	向標準輸出打印GCC命令行選項的描述。若是把這個命令和-v結合起來，--help則會同時打印被GCC調用的進程的命令行描述。若是把-Wextra和—help結合起來，那麼，那些沒有文檔描述的命令行選項也會被顯示出來。
--target-help	向標準輸出打印每個工具的特定命令行選項的描述
--version	現實GCC的版本和版權信息

 

 

在這部分的最後，咱們來談一談關於構建軟件時連接參數的設定問題。在上面的第5部分咱們已經提到了，函數庫的使用是須要-L和-l一塊兒配合來使用的，但實際上，每每一個像樣的程序須要不少庫的支持，例如，若是你須要編寫一個GTK程序，咱們須要下面的連接參數：

-L/usr/lib -L/usr/X11R6/lib -lgtk -lgdk -rdynamic -lgmodule -lglib -ldl -lXi -lXext -lX11 –lm，看上去有些嚇人，你可能會問，我如何知道須要這些呢，若是我想編寫KDE的程序呢，還有OpenGL呢？其實，狀況比你想象的要好不少，在/usr/bin目錄下，有不少名爲xxx-config的腳本，它們的做用就是向用戶顯示編譯連接程序時使用的參數的。這些腳本能夠接受一些參數，比較經常使用的有—libs用於列出連接特定程序時使用的程序庫，另外--cflags用於生成頭文件的包含目錄，也就是上面咱們提到的-I參數。因而，對於GTK程序，咱們可使用下面的命令來編譯：

gcc gtksource.c `gtk-config –libs --cflags`

固然，爲每一種程序寫一個config顯然不是一個好辦法，目前新的開發包都使用pkg-config這個腳原本生成連接參數。你可使用pkg-config –list-all查看pkg-config支持的全部連接參數

當你在上面這份列表中查到了本身想要程序包時，就可使用下面的命令來編譯程序了

gcc <source file>.suffix `pkg-config <pkg name> --libs --cflags`

 

 

讓GCC幫助你更好的工做

上面咱們簡單介紹了GCC的經常使用命令行選項，其實GCC的功能比上面提到的那些要豐富得多，GCC對代碼的警告、優化、調試等方面提供了豐富的支持，下面咱們就從一些例子來看看GCC提供的這些功能。

1． 對問題代碼提出警告

GCC對程序代碼提供了完整的檢查功能，因爲C/C++語言自己的特色，不少錯誤都是程序員無心間犯下的，例如使用了未定義的變量、在bool表達式中使用了=而不是==等等問題，利用GCC提供的代碼檢查功能，咱們可讓編譯器爲咱們找到這些問題，避免運行時發生災難。

首先，咱們來看一個「問題代碼」

 1 /* test_warning.c We use this file to check the warning facilities provided by GCC*/
 2 
 3 #include <stdio.h>
 4 #include <stdlib.h>
 5 
 6 
 7 void main() {        /* main should return int*/
 8 
 9     int a, b;
10 
11     long long l = 2.2; /* long long type is GNU extension, not standard ANSI / ISO type*/
12 
13     miss_decl();    /* We call an undeclared function*/
14 
15     if (a = 0)       /* May be we want == here instead of =*/
16 
17         printf (「a really equals to 0?/n」);
18 
19     if (b != 0)      /* We used uninitialized variables*/
20 
21         /* %d and 「We should put b here」 don’t match*/
22 
23 printf(「We make a mistake again! b = %d/n」, 「We should put b here」);
24 
25 };
26 
27 
28 void miss_decl() {
29 
30     /* /* This type of annotation is prohibited*/
31 
32     printf(「We should put the declaration before it’s been used!/n」);
33 
34 }

上面這些代碼故意製造了不少編程中出現的常見問題，接下來，咱們就用這段代碼來檢測一下GCC提供的各類經常使用的警告設施。

首先，咱們不使用任何警告設施編譯上面的程序

gcc test_warning.c –o test_warning

默認狀況下，GCC會給出輸出，其中GCC識別出了main函數不標準（warning）以及使用了未聲明的函數（error）兩個問題，可是其餘的GCC並未察覺。

1．  利用-pedantic找出不符合ANSI / ISO標準的代碼

執行下面的命令：gcc –pedantic test_warning.c –o test_warning

能夠看到，此次GCC以警告的形式報告了代碼中long long的使用，可是要說明的是咱們並不能依賴這個選項來保證咱們的代碼徹底符合ANSI / ISO標準，由於該選項只報告ANSI C要求編譯器進行檢察的內容。另外，你還可使用-pedantic-errors讓GCC把全部的警告都變成錯誤。

2. 利用-Wformat檢查printf中的參數不匹配問題

執行下面的命令：gcc –Wformat test_warning.c –o test_warning

3. 利用-WComment找出註釋中的錯誤

執行下面的命令：gcc –WComment test_warning.c –o test_warning

4. 利用-Wparentheses查找bool表達式中的=錯誤

執行下面的命令：gcc –Wparentheses test_warning.c –o test_warning

5. 用-Wuninitialized查找未初始化變量的使用

執行下面的命令：gcc –O –Wuninitialized test_warning.c –o test_warning

值得說明的是，在使用這個選項的時候，必定要配合上-O(後面咱們會提到)選項

6. 利用-Wimplicit-function-declaration / -Werror-implicit-function-declaration檢查未聲明函數的使用

執行下面的命令：gcc -Wimplicit-function-declaration test_warning.c –o test_warning

另外-Werror-implicit-function-declaration和-Wimplicit-function-declaration做用是相似的，只是若是你使用了未聲明的函數，前者會把它認爲是一個錯誤。

7. 若是你只是想對你的代碼進行全面的檢查，你大可沒必要把上面的選項一併列出來，GCC提供了-Wall選項，含義就是列出全部代碼中的警告

執行下面的命令：gcc –Wall test_warning.c –o test_warning

8. 若是你想走另外一個極端，也就是不想讓gcc輸出任何警告，那麼使用-w選項，該選項禁止全部的警告

執行下面的命令：gcc –w test_warning.c –o test_warnin

<輸出結果>

對於上面全部的選項，你均可以把它們和-Werror選項一塊兒使用，這樣就能夠把全部的警告都變成錯誤。另外，若是你只是想對代碼進行檢查而並不執行編譯的話，可以使用-fsyntax-only選項，像下面的命令這樣

gcc –fsyntax-only test_warning.c

基本上來講，咱們經常使用的一些警告選項就是這些，而其中-Wall更是咱們極爲經常使用的功能。

2. 優化選項

這一部分的內容能夠分紅兩部分，一部分是讓編譯器對代碼進行分析後，進行的代碼優化，另外一部分是咱們能夠爲編譯器制定一些關於硬件的信息，讓他生成對硬件結合的更好的代碼，而咱們之因此要用源代碼來編譯程序，不少狀況下，是出於這方面的緣由。

首先來看代碼優化，從代碼的總體優化上，GCC提供了下面的選項

-O –O1

這兩個選項的含義是同樣的，GCC將執行減小代碼尺寸和執行時間的優化，對於那些會嚴重影響編譯時間的優化選項，這個級別的優化並不會執行。

-O2

在這一級別GCC將會提供全部支持的優化，但這其中並不包括以空間換時間的優化手段，例如編譯器不會使用循環展開和函數內聯。和-O相比，該選項進一步加快了編譯時間和生成代碼的性能。

-O3

除了-O2提供的優化選項外，還指定了-finline-functions，-funswitch-loops和-fgcse-afer-reload選項，目的只有一個就是全力執行代碼優化。

-Os

這個選項是專門用來優化代碼尺寸的，-Os打開了全部-O2級別中不會顯著增加代碼尺寸的優化選項

-O0

該選項表明不執行優化

在這裏要說明的是，儘管GCC提供了1~3和s這4個總體優化選項，但從實際的優化效果上來看，每每O3優化出來的程序的效率並非最高的，而大部分狀況下咱們都在使用-O2，若是你但願得到最高的效率利益，那麼不妨這4個選項都試試。另外，其實這些選項只不過是GCC提供的不少單方面優化的一個組合，若是你想了解更爲具體的優化內容，能夠去查看GCC手冊，出於篇幅限制，這裏不細談了。最後要記住的一點是，若是你的程序是用於高精度數值計算的，那麼記住不要使用上面任何的優化選項。

下面來看基於硬件優化，因爲這部分和計算機硬件相關，這裏僅用Intel的CPU作一些說明：

對於全部爲Intel和AMD x86-64提供的優化選項都是用m開頭的，下面寫一些經常使用的選項：

-march

該選項用來指定CPU的類型，經常使用的有i386 / i486 / i586 / pentium-mmx / i686 / pentium2 / pentium3 / pentium-m / pentium4 / prescott / k6 / athlon / athlon-4 / k8等等，讀者能夠根據本身的狀況進行指定。

-mfpmath

該選項用於指定浮點運算單元的類型。包括

387

使用標準的數學協處理器

sse

使用SSE指令集提供的標量浮點運算。在Pentium3 / Athlon-4以及更新的芯片上支持這個特性。另外，在pentium4以及AMD x86-64處理器上，SSE2還能夠進行雙精度浮點計算。

sse,387

混合使用387數學協處理器和SSE指令集，該選項能夠充分的利用CPU的浮點寄存器和xmm寄存器，可是該選項還處在試驗階段。

-malign-double

    該選項使得GCC把double / long double / long long類型的變量在4字節或2字節地址上對齊，

    在Pentium級的CPU上，這會使得代碼的執行速度更快，固然帶來的代價是須要更多的內存來執行程序。-mmmx –msse –msse2 –msse3 –m3dnow

這些選項用來啓動內置函數直接使用這些處理器擴展指令的功能。在編譯3D或多媒體程序的時候，使用他們是很是有效的。

 

 

3. 對調試的支持

    當程序出錯的時候，咱們能夠在Visual Studio中輕鬆的進行調試，而在Linux中，一旦出現Segmentation Fault，彷佛咱們除了用眼睛去看代碼就沒有更好的選擇了，其實狀況否則，用GCC向程序加入一些適當的調試信息，咱們能夠利用GDB去調試程序。在這裏，咱們介紹最爲經常使用的-g和-ggdb選項。

    先來看-g。該選項能夠利用操做系統的「原生格式（native format）」生成調試信息。GDB能夠直接利用這個信息。儘管咱們能夠把-O和-g放在一塊兒使用，可是，這種作法是極爲不推薦的。

    若是你想用GDB來調試程序，那麼你可使用-ggdb來讓GCC爲GDB生成更爲豐富的調試信息，可是，此時你就不能用其餘的調試器來進行調試了。

    最後要說明的是，上面這兩個選項均可以接受一個輸出調試信息的級別，默認的級別是2。若是你指定1級（-g1），那麼GCC會生成最少的調試信息，這包括函數和全局變量的描述信息，可是對於局部變量和行號等信息，在這個級別是不會輸出的。另一個級別是3級（-g3），在這一級別上，GCC會爲程序中的全部宏定義和符號生成調試信息。

小結

經過這篇文章，但願能過對想學習Linux開發中用到的一些基本的技術和知識有一個瞭解，而且可以本身動手開始作些試驗性的工做，其實，這裏還有不少問題沒有談到，例如利用GDB進行調試、利用make管理工程、利用autoconf爲程序生成配置腳本、利用CVS管理程序源文件等等，這些問題有待在從此的文章中和讀者一塊兒交流。