(轉)Linux下C++開發初探

1.開發工具

    Windows下，開發工具多以集成開發環境IDE的形式展示給最終用戶。例如，VS2008集成了編輯器，宏彙編ml，C /C++編譯器cl，資源編譯器rc，調試器，文檔生成工具, nmake。它們以集成方式提供給最終用戶，對於初學者而言十分方便。可是，這種商業模式，直接致使用戶可定製性差，不利於自動化，集成第三方工具的能力弱。例如，沒法定製一些宏來處理一些重複操做；體會不到自動化makefile一步到位快感；沒法遠程登陸到服務器上進行開發；沒法使用某種」粘合劑」來把第三方工具（例如，文本工具，字符串工具）有效地調用起來。能夠說，良好的商業支持和傻瓜式開發，是它們主要的優勢。
    在linux下，開發工具被切割成一個個獨立的小工具。各自處理不一樣的問題。例如，編輯器（emacs, vim)用來進行編輯程序的，調試器（gdb)用來調試程序，編譯器（GCC）用來編譯和連接程序的，性能分析工具（gcov, gprof)用來優化程序的，文檔生成器（doxygen）用來生成文檔的。同時，還有一些系統工具和系統知識，咱們是頗有必要了解的：程序自動化機制 makefile，系統粘合劑shell，系統查找工具grep, locate, find。其它的工具（例如ctags， OCI公司的MPC等等），一旦熟練掌握，它們將成爲你手中的利器。

   主要是一些針對LINUX下開發工具使用的經驗之談。因爲，工具品種繁多，咱們沒有能力也沒有必要一一介紹。對於LINUX下IDE工具，例如 eclipse, anjuta等，它們雖然也很實用，可是使用起來比較簡單，並且目前還算不上主流。因此，它們將不被着重介紹。同時，本文也不打算寫成各個工具的操做手冊，只着眼於介紹各個工具的想要解決的問題、運行機理和主要特性。

1.1編輯器

    要進行開發，第一件事情就是選擇一個合適的編輯器。編輯器選擇有幾個要素：
    1）減小沒必要要的編輯動做，減小編輯的時間。
    一切可以無二義性描述出來的編輯任務，均可以並且應該能被自動化。例如，每個C＋＋程序都會有一個main函數；咱們在定義.h文件時，都但願加入一些預處理指令＃define來幫咱們解決重複引用同一個頭文件而帶來的麻煩。鼠標操做老是比鍵盤操做要慢的。這方面EMACS作得可算是到了極致。因此， EMACS用戶常常會吹噓：他們編輯的速度等同於他們思考的速度。
    2）可擴展性高。
    程序員預期的編輯器應該能提供一些編程的幫助，例如，語法高亮，自動補齊，自動排版，語法檢查等等。留心觀察一下gedit, vim, emacs, ultraEdit，就會發現它們提供的遠不是windows 記事本，寫字板提供的那麼簡陋的功能。對於一種新的語言，新的語法，它們應該能很方便地提供支持，而不停留在一種或幾種固定的語言上。
    3）用戶可定製性高。
    若是想長期從事研發， 特別是linux/unix下研發的話，那麼你頗有必要學好一個功能足夠的編輯器。有這麼一句話：Linux下程序員分爲三種，使用emacs的，使用vi的，還有其它。EMACS是Stallman用lisp語言寫的一個GPL的編輯器。咱們這裏所說的emacs指的是GNU emacs，而非Xemacs。因爲它的開放性，咱們能夠把它打形成一個功能強大的IDE。咱們在安裝好CGYwin以後，也能夠在Windows系統下使用 EMACS。CGYwin和MINGW是第三方寫的一個在Windows系統上模擬POSIX系統的工具。
    EMACS與其說的是一個編輯器，倒不如說它是一個操做系統。咱們能夠用它來寫編程，寫wiki，收發郵件等等。EMACS主要是經過兩種方式來進行擴展：el腳本(elisp是lisp的一種方言）和第三方擴展包。EMACS的入門成本很高。因爲是純鍵盤操做，因此須要記憶大量的快捷鍵；功能強大是經過用戶添加一些擴展包，lisp腳原本實現的。如何正確配置和修改是很須要耐心和技巧的。

1.2編譯器

    編譯器首選GCC（GNU COMPILER COLLECTION)。緣由有兩個，它是GNU開源的，同時它對標準C++的支持度高達96.15%。而VC++6.0的支持度只有83.43%。 GCC不只是一般意義上的C或C++的編譯器，它還能夠編譯java等其它語言。gcc是gnu c的編譯器,g++是gnu c++的編譯器, 而EGCS(Enhanced GNU Compiler Suite)能夠認爲是gcc的改進版。
    編譯語言從源程序到目標代碼會通過以下幾個階段：源程序－＞彙編程序－＞編譯成obj程序－>連接成最終可執行程序。咱們能夠經過一條編譯指令來完成全部步驟。也能夠分步執行。gcc有三個重要選項-E(只進行預處理), -S(生成彙編代碼), -g(生成帶原代碼調試符號的可執行文件，若是想用gdb調試的話，就應該在編譯時打開這個選項）。
    GCC能夠看做一個軟件包，除了編譯工具，它還集成了調試器gdb，性能分析工具gcov, gprof。只要咱們裝好了GCC，這些強大工具就能夠直接使用了。
    經過gcov，咱們能夠查看一個程序，源代碼中每行代碼的運行次數。咱們優化運行次數最多的代碼，那麼就能夠大大優化程序。使用gcov時，須要打開 GCC的fprofile-arcs和ftest-coverage兩個選項。gcov中經常使用的選項有-b分支統計信息。
    經過gprof工具，咱們能夠查看函數之間的調用順序，及各個函數運行的時間。咱們能夠將gprof理解爲linux/unix自帶工具time的增強版。使用gprof時，須要打開GCC的pg選項。
    gcov和 gprof的共同點是在編譯程序時，加入本身的一些輔助信息，由此來進行程序診斷。除了，這些優化手段，咱們還可使用一些內存泄漏工具，來減小野指針，未釋放的內存空間。 
調試器
    GDB即GNU的調試器，它是GCC附帶的一個性能優質的調試器。經過GDB和腳本結合，咱們能夠很好的實現迴歸測試。
    GDB能夠運行於CLI和GUI兩種模式。默認GDB是CLI模式的，咱們能夠去下載和安裝GUI模式的GDB，例如xxgdb， ddd等。一個更好的方式是在 EMACS中使用GDB。GDB包括visual studio工具的全部調試功能，還包括它沒有的功能。它除了支持，咱們通常的設置斷點，單步跟蹤，step in, step out, step over等，還有一些強大的功能。在gdb中，咱們能夠有如下幾種暫停方式：斷點（BreakPoint）、觀察點（WatchPoint）、捕捉點（CatchPoint）、信號（Signals）、線程中止（Thread Stops）。
下面列舉幾個讓我印象深入的功能。1）經過 watch指令，可讓程序在某個變量的值發生變化時，暫停下來。2）經過print指令，在程序運行時，設置變量的值，運行一個程序自身支持的一個方法。3）經過until指令，咱們可讓程序在運行到某個程序時暫停下來。4）經過break.. if指令，使得程序在知足某個bool表達式時，暫停下來。

1.3粘合劑

    我想經過「粘合劑」這個詞來表達將多個工具粘合起來的「膠水」。例如，經過shell腳本，咱們能夠把OS命令，sed指令，awk指令，其它腳本文件等串聯起來，發揮它們的協力。在linux C++編程中，咱們不可避免地會使用makefile文件。經過，它咱們能夠把編譯指令，生成文檔操做，清除操做等等串聯起來。從某種意義上來看，它也至關於一個粘合劑。
makefile的出發點是，維護好一個項目中衆多文件的依賴關係，由此獲得一個源程序的拓撲圖。當咱們只修改圖中某個結點時，從新編譯時就只須要將拓撲圖中關聯的鏈路進行編譯就行了。由此，大大縮短了編譯的時間。make有兩大概念：dependencies和rules。規則rule即針對每個依賴關係 dependency定義一個操做規則。這個細粒度的分離，就可使咱們能夠定製軟件構建的行爲。例如，修改使用的編譯器，修改includepath, 修改libpath, 修改編譯選項等等。咱們常見的VC中的nmake，功能和make是相似的。
    make使用的重點和難點是編寫Makefile文件。Makefile的語法相對其它語言來講是很不同的，咱們要特別注意TAB鍵和空格鍵的區別。有不少工具能夠用來幫助咱們生成Makefile。最出名的就是GNU的autoconf了。一個GNU程序的編寫，須要autoscan, aclocal, autoconf, automake這四個工具。
咱們知道GNU軟件安裝的三步曲是：./configure, make, make install。其中./configure就是根據autoconf, alocal等工具生成一個makefile文件。make指令就是調用make指令來根據makefile文件的規則來編譯源程序。而make install就是執行makefile中的install規則指出的操做（通常是copy操做）。而make clean就是執行makefile中的clean規則指出的操做（通常是rm操做）。咱們用Eclispe+CDT開發Managed C++ Project時，它就是經過objects.mk,subdir.mk,sources.mk三個文件來生成Makefile。咱們注意觀察編譯時的輸出信息，就能夠看到顯示的Makefile文件的內容。
能夠說，若是想編譯出跨平臺的C＋＋程序，那麼makefile是一種最方便的機制。OCI公司爲Douglas C.Schmidt的ACE，TAO開源社區編寫了一段偉大的perl腳本－－MPC。它由平臺信息，一個規則文件，源代碼，生成用戶想要的工程文件，例如Make, Nmake, Visual C++ 6, Visual C++ 7等等。Google Web Tookit, Celtix作的事情與之相似，不過它們是針對JAVA的，而MPC是針對C＋＋的。

2. 基本開發流程

2.1 代碼的編寫

對於移植工程來說，基本代碼都在Windows下完成，只須要吧代碼傳到Linux下，而後在Linux下面組織源碼目錄便可。對於傳到Linux編輯，可使用Linux下的vi工具來完成，也能夠經過UltraEdit以Ftp方式打開Linux下的文件進行編輯。vi是Linux下面最經常使用的一個文本編輯器，後面將會介紹vi的一些基本用法。

有一點值得注意，Windows下文本里面的回車符包含兩個字符‘\n’和‘\r’，而Linux下的文本里面的回車符只包含一個字符‘\n’。這樣，若是上傳文件的時候沒有選擇正確的方式，應該使用文本方式上傳的使用了二進制方式，或者應該使用二進制方式上傳的使用了文本方式，那麼在Linux下都會出現問題，打開的文本當中每一行的行尾就會出現一個‘^M’字符。能夠經過vi的匹配替換功能（稍後會作介紹）或者從新按照正確的方式上傳來解決。

2.1.1 vi簡介

vi是Linux下最經常使用的一個文本編輯器，小巧並且功能強大，一次咱們把它單獨拿出來作一下介紹。若是想了解更詳細的信息，請執行man vi查看其聯機幫助文檔。

2.1.2 命令模式和編輯模式

vi的工做模式包括命令模式和編輯模式兩種。命令模式下能夠執行vi中定義的一些命令，這些命令跟一些特定的鍵相對應，命令模式下全部的鍵盤相應將會做爲命令來解釋。編輯模式就是編輯文檔的模式，在編輯模式下全部鍵盤的相應都爲做爲文檔輸入的內容。經過ESC鍵能夠從編輯模式切換到命令模式。經過一些編輯命名能夠從命令模式進入編輯模式。

2.1.3 基本命令

基本命令指的是在命令模式下，經過敲鍵執行的命令，這裏咱們介紹幾個經常使用的命令：

i             在當前開始插入，進入編輯模式

I             在行首開始插入，進入編輯模式

a             在當前字符後追加，進入編輯模式

A            在行尾追加，進入編輯模式

x            刪除當前光標處的字符

X            刪除當前光標前面的字符

D            刪除從光標位置到行尾的全部字符

dd           刪除當前行

dw          刪除當前的單詞

u            取消剛纔的操做

G            跳到文件末尾

此外，在命令模式下，經過輸入‘/’能夠進行查詢，經過輸入‘:’能夠輸入一些其餘命令。輸入‘:’能夠輸入的命令包括：

q            退出

w           保存

wq          保存退出

q！         強制退出，不保存

w！        對受保護的文件強制寫，包括只讀文件

set number     顯示行號  (set nu  也能夠)

數字       跳到某一行

2.1.4 查找和匹配

vi的查找功能也很是強大，命令模式下經過輸入‘/’就能夠進入查找模式，能夠輸入要查找的關鍵字。而後能夠經過‘n’來查找下一處。

在輸入‘:’後，還能夠輸入一些匹配替換的命令——「%s」。命令的格式爲「:%s /str1/str2」，執行以後將把當前文件中全部str1替換成str2。舉一個典型的例子，前面咱們說過，Windows下的文本文件若是以二進制的方式傳到了Linux下，那麼vi打開的時候每行的行尾就會出現一個「^M」，咱們能夠用vi打開這個文件，而後經過vi的匹配替換功能去掉這些「^M」。命令格式以下：

       :%s /^M//

其中「^M」經過CTRL+V 和 CTRL+M來輸入。  

2.2 編譯

2.2.1  簡單編譯

       對於簡單的程序，如只有幾個源文件，能夠直接使用編譯器進行編譯，或者把幾條編譯命令寫在一個腳本文件裏面，經過執行腳本文件實現工程的編譯和鏈接。好比只有一個hello.cpp文件的工程，能夠經過以下命令編譯：

CC –o hello hello.cpp

其中CC是編譯器，不一樣的系統下面可能有不一樣的編譯器。通常來講，大多數Linux系統下的C編譯器都叫cc，而C++編譯器叫CC。Linux下面帶的C編譯器爲gcc，C++編譯器爲g++。-o參數用來指定輸出的目標的名稱，也就是編譯後執行程序的名稱。這種狀況下編譯和鏈接一步完成。

對於稍微負責一些的程序，包含多個源文件的，能夠編寫一個編譯腳本，至關於windows下的批處理。以下：

工程中包含hello.cpp、func.cpp、other.cpp，咱們能夠用以下腳原本實現工程的編譯。

        CC –c hello.cpp

        CC –c func.cpp

        CC –c other.cpp

        CC –o hello hello.o func.o other.o

多個文件狀況下，把編譯和鏈接分開執行，先逐個編譯源文件，而後再進行連接，造成最終的可執行程序。參數-c就是聲明只進行編譯操做。

2.2.2  使用Makefile

當工程達到必定的規模的時候，2.2.1中的作法顯然是不能知足要求的，若是非要那樣作，將會帶來很大的工做量，並且還很是容易出錯。這是咱們就要使用Makefile來幫助咱們完成工程的編譯工做。

Makefile文件至關於一個工程文件，文件中描述了工程中的源代碼、額外須要的庫文件及其路徑、額外須要的頭文件路徑已經編譯器類型、編譯參數等。經過make命令來調入Makefile進行工程的編譯。當執行make命令是，會在當前目錄下搜索名稱爲「Makefile」或者「makefile」的文件，做爲當前編譯的工程文件，也可一指定其餘的工程文件，如make –f MyMakefile。