1 Linux系统编程入门

1.1Linux开发环境搭建

我使用的是阿里云2核2G的服务器1年108元

1. 设置服务器root密码，重启服务器
2. root用户登录，进行添加新用户
3. 注册自己使用的用户

sudo useradd -r -m -s /bin/bash tset #tset是用户名

其中参数的意义如下：

• -r：建立系统账号
• -m：自动建立用户的登入目录
• -s：指定用户登入后所使用的shell

4. 设置密码

sudo passwd tset

5. 输入ls /home可以看到以及创建成功
   设置用户相关教程链接：ubuntu添加用户
6. 修改用户权限

sudo chmod +w /etc/sudoers #添加写入的权限
sudo vim /etc/sudoers #修改文件
#修改vim中的权限，保存退出:wq
sudo chmod -w /etc/sudoers #移除写入的权限

7. 创建组并且添加用户

groupadd learngroup
usermod -g learngroup mobbu
id mobbu #查看是否添加成功

8. 使用vscode远程连接扩展，搜索remote安装，连接到服务器。

9. 在本机创建密钥ssh-keygen -t rsa,默认回车即可，在用户账户可以查找到.ssh文件，找到id_rsa.pub文件(公钥文件)，然后在服务器端使用同样命令创建密钥，cd .ssh,再修改文件vim authorized_keys，将本机的公钥打开复制粘贴到此文件中保存退出即可。此时环境配置完成。

1.2 GCC

1.2.1 什么是GCC

• GCC 原名为 GNU C语言编译器（GNU C Compiler）
• GCC（GNU Compiler Collection，GNU编译器套件）是由 GNU 开发的编程语言译器。GNU 编译器套件包括 C、C++、Objective-C、Java、Ada 和 Go 语言前端，也包括了这些语言的库（如 libstdc++，libgcj等）
• GCC 不仅支持 C 的许多“方言”，也可以区别不同的 C 语言标准；可以使用命令行选项来控制编译器在翻译源代码时应该遵循哪个 C 标准。例如，当使用命令行参数-std=c99 启动 GCC 时，编译器支持 C99 标准。
• 安装命令 sudo apt install gcc g++ （版本 > 4.8.5）
• 查看版本 gcc/g++ -v/--version
• CTRL + L 清空命令行

1.2.2 编程语言发展

• 高级语言->汇编语言->机器语言->计算机

1.2.3 GCC工作流程

• 预处理：头文件展开、宏替换、删除注释

1.2.4 gcc 和 g++ 的区别

• gcc 和 g++都是GNU(组织)的一个编译器。
• 误区一：gcc 只能编译 c 代码，g++ 只能编译 c++ 代码。两者都可以，请注意：
  • 后缀为 .c 的，gcc 把它当作是 C 程序，而 g++ 当作是 c++ 程序
  • 后缀为 .cpp 的，两者都会认为是 C++ 程序，C++ 的语法规则更加严谨一些
  • 编译阶段，g++ 会调用 gcc，对于 C++ 代码，两者是等价的，但是因为 gcc命令不能自动和 C++ 程序使用的库联接，所以通常用 g++ 来完成链接，为了统一起见，干脆编译/链接统统用 g++ 了，这就给人一种错觉，好像 cpp 程序只能用 g++ 似的
• 误区二：gcc 不会定义 __cplusplus 宏，而 g++ 会
  • 实际上，这个宏只是标志着编译器将会把代码按 C 还是 C++ 语法来解释
  • 如上所述，如果后缀为 .c，并且采用 gcc 编译器，则该宏就是未定义的，否则， 就是已定义
• 误区三：编译只能用 gcc，链接只能用 g++
  • 严格来说，这句话不算错误，但是它混淆了概念，应该这样说：编译可以用gcc/g++，而链接可以用 g++ 或者 gcc -lstdc++。
  • gcc 命令不能自动和C++程序使用的库联接，所以通常使用 g++ 来完成联接。但在编译阶段，g++ 会自动调用 gcc，二者等价

1.2.5 GCC常用参数选项

例子：

gcc test.c -o app #当前目录下生成test.c的可执行文件app
./app #运行app

gcc test.c -E -o test.i # 预处理，进行头文件展开、宏替换、删除注释
gcc test.i -S -o test.s # 编译，生产test.s汇编代码
gcc test.s -c -o test.o # 汇编，产生test.o机器01代码，可直接运行

-D

#ifdef DEBUG
    printf("success\n");
#endif

添加上述代码后，命令行输入gcc test.c -o test -DDEBUG,此时添加DEBUG宏后，将会执行上述代码，打印success

1.3 静态库的制作和使用

1.3.1 静态库的制作

• 库文件是计算机上的一类文件，可以简单的把库文件看成一种代码仓库，它提供给使用者一些可以直接拿来用的变量、函数或类。

• 库是特殊的一种程序， 编写库的程序和编写一般的程序区别不大，只是库不能单独运行。

• 库文件有两种，静态库和动态库(共享库)，区别是:静态库在程序的链接阶段被复制到了程序中;动态库在链接阶段没有被复制到程序中，而是程序在运行时由系统动态加载到内存中供程序调用。

• 库的好处:

  • 代码保密
  • 方便部署和分发

• 命名规则:

  • Linux :libxxx.a
    • lib :前缀(固定)
    • XXX：库的名字，自己起
    • .a：后缀(固定)
  • Windows : libxxx. lib

• 静态库的制作:

  • gcc获得.o文件
  • 将.o文件打包，使用ar工具(archive)

    ar rcs 1ibxxx.a xxx.o Xxx.o
    

    • r - 将文件插入备存文件中
    • c - 建立备存文件
    • s - 索引

1.3.2 静态库的使用

• 生产静态库
• 使用静态库gcc main.c -o app -L lib_address -l lib_name
  • main.c为执行文件
  • -o 为生成执行文件
  • lib_address 库地址
  • lib_name 库名字

cd ./calc
gcc -c add.c div.c mult.c sub.c # 生成四个函数的汇编文件
ar rcs libcalc.a add.o div.o mult.o sub.o # 生成对应四个函数的静态库calc
cd ../library
mv ../calc/libcalc.a ./lib
gcc main.c -o app -I ./include/ -l calc -L ./lib/ 
# 执行main.c 生产执行文件app，头文件地址为./include,使用库calc，库地址为./lib
./app # 执行代码

1.4 动态库的制作和使用

1.4.1 动态库的制作

• 命名规则：
  • Linux : libxxx.so
    • lib : 前缀（固定）
    • xxx : 库的名字，自己起
    • .so : 后缀（固定）
      在Linux下是一个可执行文件
  • Windows : libxxx.dll
• 动态库的制作：
  • gcc 得到 .o 文件，得到和位置无关的代码
    gcc -c –fpic/-fPIC a.c b.c
  • gcc 得到动态库
    gcc -shared a.o b.o -o libcalc.so

1.4.2 动态库加载失败的原因

• 静态库：GCC 进行链接时，会把静态库中代码打包到可执行程序中
• 动态库：GCC 进行链接时，动态库的代码不会被打包到可执行程序中
• 程序启动之后，动态库会被动态加载到内存中(当GCC使用add方法的时候)，通过 ldd（list dynamic dependencies）命令检查动态库依赖关系
• 如何定位共享库文件呢？
  当系统加载可执行代码时候，能够知道其所依赖的库的名字，但是还需要知道绝对路径。此时就需要系统的动态载入器来获取该绝对路径。对于elf格式的可执行程序，是由ld-linux.so来完成的，它先后搜索elf文件的 DT_RPATH段 ——> 环境变量LD_LIBRARY_PATH ——> /etc/ld.so.cache文件列表 ——> /lib/，/usr/lib目录找到库文件后将其载入内存。

1.4.3 解决动态库加载失败问题

添加环境变量LD_LIBRARY_PATH文件

1. 方法一：在终端输入以下命令，缺点：临时生产，下次打开终端环境变量就没了

   export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/mobbu/Linux/lesson06/library/lib
   

   其中冒号：之后为动态所在的绝对地址，通过pwd命令获得

2. 方法二：用户端修改环境变量，永久存在

   • 步骤一

   cd / #返回根目录
   vim .bashrc
   

   • 步骤二
     在bashrc文件中，shift+G跳到最后一行,并且插入export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/mobbu/Linux/lesson06/library/lib,保存退出后

   • 步骤三

   . .bashrc # 等于source .bashrc
   

3. 方法三：root环境下修改环境变量，永久存在，需要root权限

   sudo vim /etc/profile

   插入export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/mobbu/Linux/lesson06/library/lib,

   保存退出后

   . .bashrc # 等于source .bashrc

1.5 静态库和动态库对比

1.5.1 程序编译成可执行程序的过程

静态库、动态库区别来自链接阶段如何处理，链接成
可执行程序。分别称为静态链接方式和动态链接方式。

1.5.2 静态库制作过程

1.5.3 动态库制作过程

1.5.4 静态库的优缺点

• 优点：

  • 静态库被打包到应用程序中加载速度快
  • 发布程序无需提供静态库，移植方便

• 缺点：

  • 消耗系统资源，浪费内存
  • 更新、部署、发布麻烦

1.5.5 动态库的优缺点

• 优点：
  • 可以实现进程间资源共享（共享库）
  • 更新、部署、发布简单
  • 可以控制何时加载动态库
• 缺点：
  • 加载速度比静态库慢
  • 发布程序时需要提供依赖的动态库

1.6 MakeFile

1.6.1 什么是 Makefile

• 一个工程中的源文件不计其数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，Makefile 文件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，因为 Makefile 文件就像一个 Shell 脚本一样，也可以执行操作系统的命令。
• 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 文件中指令的命令工具，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

tar -zxvf redis-5.0.10.tar.gz # 解压到当前文件夹

1.6.2 Makefile文件命名和规则

• 文件命名
  makefile 或者 Makefile
• Makefile 规则
  • 一个 Makefile 文件中可以有一个或者多个规则\

    目标 ...: 依赖 ...
        命令（Shell 命令）
        ...
    

    • 目标：最终要生成的文件（伪目标除外）
    • 依赖：生成目标所需要的文件或是目标
    • 命令：通过执行命令对依赖操作生成目标（命令前必须 Tab 缩进）
  • Makefile 中的其它规则一般都是为第一条规则服务的

例子：
首先输入vim Makefile,然后再Makefile文件里添加以下代码

app:sub.c add.c mult.c div.c main.c
        gcc sub.c add.c mult.c div.c main.c -o app

最后输入make指令即可

1.6.3 工作原理

• 命令在执行之前，需要先检查规则中的依赖是否存在
  • 如果存在，执行命令
  • 如果不存在，向下检查其它的规则，检查有没有一个规则是用来生成这个依赖的，如果找到了，则执行该规则中的命令
• 检测更新，在执行规则中的命令时，会比较目标和依赖文件的时间
  • 如果依赖的时间比目标的时间晚，需要重新生成目标
  • 如果依赖的时间比目标的时间早，目标不需要更新，对应规则中的命令不需要被执行

1.6.4 变量

• 自定义变量
  变量名=变量值 var=hello
• 预定义变量
  AR : 归档维护程序的名称，默认值为 ar
  CC : C 编译器的名称，默认值为 cc
  CXX : C++ 编译器的名称，默认值为 g++
  $@ : 目标的完整名称
  $< : 第一个依赖文件的名称
  $^ : 所有的依赖文件
• 获取变量的值
  $(变量名)\

# define
src = sub.o add.o mult.o div.o main.o
target = app

$(target):$(src)
        $(CC) $(src) -o $(app)

sub.o:sub.c
        gcc -c sub.c -o sub.o

add.o:add.c
        gcc -c add.c -o add.o

mult.o:mult.c
        gcc -c mult.c -o mult.o

div.o:div.c
        gcc -c div.c -o div.o

main.o:main.c
        gcc -c main.c -o main.o

1.6.5 模式匹配

add.o:add.c
    gcc -c add.c
div.o:div.c
    gcc -c div.c
sub.o:sub.c
    gcc -c sub.c
mult.o:mult.c
    gcc -c mult.c
main.o:main.c
    gcc -c main.c

%.o:%.c
    - %: 通配符，匹配一个字符串
    - 两个%匹配的是同一个字符串
%.o:%.c
    gcc -c $< -o $@

例子：

# define
src = sub.o add.o mult.o div.o main.o
target = app

$(target):$(src)
        $(CC) $(src) -o $(app)

%.o:%.c
    gcc -c $< -o $@

1.6.6 函数

• $(wildcard PATTERN...)

  • 功能：获取指定目录下指定类型的文件列表
  • 参数：PATTERN 指的是某个或多个目录下的对应的某种类型的文件，如果有多个目录，一般使用空格间隔
  • 返回：得到的若干个文件的文件列表，文件名之间使用空格间隔
  • 示例：
    $(wildcard *.c ./sub/*.c)
    返回值格式: a.c b.c c.c d.c e.c f.c

• $(patsubst <pattern>,<replacement>,<text>)

  • 功能：查找<text>的单词(单词以“空格”、“Tab”或“回车”“换行”分隔)是否符合
    模式<pattern>如果匹配的话，则以<replacement>替换。
  • <pattern>可以包括通配符%，表示任意长度的字串。如果<replacement>中也包含%，那么，<replacement>中的这个%将是<pattern>中的那个%所代表的字串。(可以用\来转义，以\%来表示真实含义的%字符)
  • 返回：函数返回被替换过后的字符串
  • 示例：
    $(patsubst %.c, %.o, x.c bar.c)
    返回值格式: x.o bar.o

示例：

# define
# add.c sub.c main.c mult.c div.c
src = $(wildcard ./*.c)
objs = $(patsubst %.c, %.o, $(src))
target = app

$(target):$(objs)
        $(CC) $(objs) -o $(target)

%.o:%.c
        $(CC) -c $< -o $@

.PHONY:clean 
# clean为伪目标，防止外界有clean文件时无法执行make clean命令

clean:
        rm $(objs) -f

1.7 GDB调试