一

基本開發(fā)環(huán)境

Linux和C語言有著很深的淵源，因為Linux本身就是用C語言編寫的。同時，在Linux操作系統(tǒng)中也提供了C語言的開發(fā)環(huán)境。這些開發(fā)環(huán)境一般包括程序生成工具、程序調(diào)試工具、工程管理工具等。

Linux下C語言開發(fā)環(huán)境

使用工具：程序生成工具GCC、程序調(diào)試工具GDB、工程管理工具為make和Makefile。

開發(fā)流程：使用編輯工具編寫C語言源文件，然后編譯生成機器代碼為主的二進制可執(zhí)行程序。

編譯流程：C語言經(jīng)過編譯-匯編-鏈接，最終生成可執(zhí)行程序格式?？蓤?zhí)行程序包含兩部分內(nèi)容：程序頭和程序主體。

程序的生成一般使用的是從x86到目標(biāo)機的編譯工具，程序的開發(fā)工具是運行于x86機器上的可執(zhí)行程序，而是用開發(fā)工具生成的目標(biāo)是以目標(biāo)機器代碼為實體的映像文件或者可執(zhí)行程序，這個工程稱為“交叉編譯“。

和普通Linux環(huán)境下開發(fā)相比，更需要掌握一些幾點：

庫函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用

C語言高級應(yīng)用

C語言在嵌入式中的特殊語法（大小端，內(nèi)存對齊等）

資源性能考慮（運行效率與存儲空間）

二

基本開發(fā)工具

文件編輯器vi

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

主要這個掌握VI三種模式的切換：命令模式、文本輸入模式、和末行模式，以及VI編輯器的各種命令與操作。

學(xué)習(xí)VIM的使用，編輯vimrc文件，gedit ~./vimrc修改功能（比如顯示行數(shù)、顏色加亮等）。

詳細介紹：

vi是visual editor的縮寫，是UNIX提供給用戶的一個窗口化編輯環(huán)境，在UNIX上被廣泛使用的中英文編輯軟件。進入vi，直接執(zhí)行vi編輯程序即可。

例：vi test.c或者vim test.c。

顯示器出現(xiàn)vi的編輯窗口，同時vi會將文件復(fù)制一份至緩沖區(qū)（buffer）。vi先對緩沖區(qū)的文件進行編輯，保留在磁盤中的文件則不變。編輯完成后，使用者可決定是否要取代原來舊有的文件。

vi提供三種工作模式：輸入模式、命令模式和末行模式。

具體操作整理如下：

GCC程序開發(fā)工具

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

GCC能完成從C、C++、Objective-C等源文件向運行在特定CPU硬件上的目標(biāo)代碼的轉(zhuǎn)換。對于通用計算機，一般使用GCC生成x86的可執(zhí)行代碼；對于嵌入式開發(fā)系統(tǒng)使用交叉編譯的GCC，生成目標(biāo)機可以運行的程序。

利用GCC/G++生成應(yīng)用程序可以分為以下四步：

（1）預(yù)處理：生成.i文件（預(yù)處理器cpp）

（2）編譯：將預(yù)處理后的文件轉(zhuǎn)換為匯編語言，生成.s文件（編譯器gcc）

（3）匯編：由匯編代碼生成目標(biāo)代碼，即機器代碼，生成.o文件（匯編器as）

（4） 鏈接：由各個文件的目標(biāo)代碼，生成可執(zhí)行程序（鏈接器ld）

這里涉及到另外一個知識點就是靜態(tài)鏈接庫和動態(tài)鏈接庫的生成。

詳細介紹：

LINUX上可用的C編譯器是GNU C編譯器，它建立在自由軟件基金會編程許可證的基礎(chǔ)上，因此可以自由發(fā)布。

LINUX 上的GNU C編譯器（GCC）是一個全功能的ANSI C兼容編譯器，而一般UNIX（如SCOUNIX）用的編譯器是CC。下面介紹GCC和一些GCC編譯器最常用的選項。

1.使用GCC

通常后跟一些選項和文件名來使用GCC編譯器。GCC命令的基本用法如下：

gcc [options] [filenames]

命令行選項指定的編譯過程中的具體操作

GCC有超過100個的編譯選項可用，這些選項中的許多可能永遠都不會用到，但一些主要的選項將會頻繁使用。

當(dāng)不用任何選項編譯一個程序時，GCC將建立（假定編譯成功）一個名為a.out的可執(zhí)行文件。例如，

gcc test.c

編譯成功后，當(dāng)前目錄下就產(chǎn)生了一個a.out文件。

也可用-o選項來為即將產(chǎn)生的可執(zhí)行文件指定一個文件名來代替a.out。例如：

gcc –ocount count.c

此時得到的可執(zhí)行文件就不再是a.out，而是count。

2.執(zhí)行文件

格式： /可執(zhí)行文件名

例： ./a.out

./count

Make工程管理工具

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

Makefile是一個決定怎樣編譯工程的文本文件，有一定的書寫規(guī)則。在工程更新的時候，使用GNU的make工具根據(jù)當(dāng)前的Makefile對工程進行有選擇的編譯。

自動生成Makefile的工具有autoconf、automake。其他的類似工具比如cMake等。

詳細介紹：

1.make和Makefile的使用

make是一個Linux下的二進制程序，用來處理Makefile這種文本文件。在Linux的Shell 命令行鍵入make的時候，將自動尋找 名稱為"Makefile"的文件作為編譯文件，如果沒有名稱為"Makefile"的文件，將繼續(xù)查找名稱為"makefile"的文件。找到編譯文件后，make工具將根據(jù)Makefile中的第一個目標(biāo)自動尋找依賴關(guān)系，找出這個目標(biāo)所需要的其他目標(biāo)。如果所需要的目標(biāo)也需要依賴其他的目標(biāo)，make工具將一層層尋找直到找到最后一個目標(biāo)為止。

make工具的使用格式為：

make[options] [target] ...

options為make工具的選項，target為Makefile中指定的目標(biāo)。表5-1給出了make工具 的參數(shù)選項。

Make工具的參數(shù)選項如下表所示：

Makefile中常用變量如下表所示：

在Makefile中，目標(biāo)名稱的指定常常有以下慣例：

all：表示編譯所有的內(nèi)容，是執(zhí)行make時默認的目標(biāo)。

clean：表示清除目標(biāo)。

distclean：表示清除所有的內(nèi)容。

install：表示進行安裝的內(nèi)容

2.自動生成Makefile

在實際的項目中，由于 make規(guī)則的復(fù)雜性和不確定性，自己編寫Makefile是一件費時費力的事情。Makefile本身具有一定的相似性，因此利用GNU autoconf及automake這兩套工具可以協(xié)助我們自動產(chǎn)生 Makefile文件，并且讓開發(fā)出來的軟件可以像大多數(shù)源 代碼包那樣，只需運行命令"./configure"、 "make"、 "make install"就可以把程序安裝到系 統(tǒng)中，對于各種源代碼包的分發(fā)和兼容性具有很好的效果。

autoconf工具介紹

autoconf 是一個用于產(chǎn)生可以自動配置源代碼包，生成Shell腳本的工具，它可以適應(yīng) 各種類UNIX系統(tǒng)的需要。autoconf產(chǎn)生的配置腳本在運行時獨立于autoconf，也就是說 使用這些腳本的用戶不需要安裝autoconf。

autoconf生成的配置腳本通常名稱是configure，得到這個文件，通常需要以下的依賴文 件：

configure.in文件：生成configure的必需文件，需要手動編寫。

aclocal.m4和acsite.m4文件：在編寫了除autoconf提供的測試外的其他測試補充的時候， 才會用到這兩個文件，也需要手動編寫。

acconfig.h文件：如果使用了含有#define指令的頭文件，則需要自行編寫該文件，一般 都需要使用，這個時候會生成另外一個 config.h.in文件，這個文件需要和軟件包一同發(fā) 布。

總之，在autoconf運行完畢后，得到兩個需要和軟件包同時發(fā)布的文件： configure和

config.h.in，當(dāng)然config.h.in可以不存在。

automake工具介紹

automake是一個從文件Makefile.am自動生成Makefile.in的工具。每個Makefile.am基本 上是一系列 make的宏定義（make規(guī)則也會偶爾出現(xiàn)）。生成的 Makefile.in也服從GNU Makefile標(biāo)準(zhǔn)。

典型的 automake 輸入文件是一系列簡單的宏定義。處理所有相關(guān)的文件并創(chuàng)建 Makefile.in文件。在一個項目的每個目錄中通常僅包含一個Makefile.am。

目前automake支持三種目錄層次：平坦模式（flat）、混合模式（shallow）和深層模式 （deep）。

（1）平坦模式指的是所有文件都位于同一個目錄中。就是所有源文件、頭文件及其他庫文件都位于當(dāng)前目錄中，且沒有子目錄。

（2）混合模式指的是主要的源代碼都存儲在頂層目錄，其他各個部分則存儲在子目錄中。也就是主要源文件在當(dāng)前目錄中，而其他一些實現(xiàn)各部分功能的源文件位于各自不同的 目錄。

（3）深層模式指的是所有源代碼都被存儲在子目錄中；頂層目錄主要包含配置信息。也就是所有源文件及程序員自己寫的頭文件都位于當(dāng)前目錄的一個子目錄中，而當(dāng)前目錄 里沒有任何源文件。

在這三種支持的目錄層次中，平坦模式類型是最簡單的，深層模式類型是最復(fù)雜的。但是 這些模式使用autoconf和automake所遵循的基本原則和流程是一樣的。

其他工具介紹

（1）autoheader：能夠產(chǎn)生供configure腳本使用的C #define語句模板文件。

（2）autom4te：對文件執(zhí)行 GNU M4。

（3）autoreconf：如果有多個 autoconf產(chǎn)生的配置文件，autoreconf 可以保存一些相 似的工作，它通過重復(fù)運行 autoconf（以及在合適的地方運行 autoheader）以重新產(chǎn)生autoconf配置腳本和配置頭模板，這些文件保存在以當(dāng)前目錄為根的目錄樹 中。

（4）autoscan：該程序可以用來為軟件包創(chuàng)建configure.in文件。autoscan在以命令行 參數(shù)中指定的目錄為根（如果未給定參數(shù)，則以當(dāng)前目錄為根）的目錄樹中檢查源文件。 為軟件包創(chuàng)建一個configure.scan文件，該文件就是configure.in的前身。

（5）autoupdate：該程序的作用是轉(zhuǎn)換configure.in，從而使用新的宏名。

GDB調(diào)試工具

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

在使用GDB之前，需要對源程序增加-g編譯選項，此時編譯出來的程序包含需要調(diào)試的信息，可以利用GDB進行調(diào)試。主要使用的命令是run（開始運行程序）、break（設(shè)置斷點）、next（執(zhí)行一行且不進入函數(shù)）、step（進入函數(shù)）、continue（繼續(xù)程序運行）。

調(diào)試分為本地GDB調(diào)試和遠程GDB調(diào)試，遠程GDB更適合嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試手段，使用個目標(biāo)機端的GDB服務(wù)器和主機端的GDB調(diào)試器完成調(diào)試工作。

詳細介紹：

LINUX包含了一個叫g(shù)db的GNU調(diào)試程序。gdb是一個用來調(diào)試C和C++程序的強有力調(diào)試器。它使你能在程序運行時觀察程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)存的使用情況。它具有以下一些功能：

? 監(jiān)視程序中變量的值；

? 設(shè)置斷點以使程序在指定的代碼行上停止執(zhí)行；

? 一行行的執(zhí)行代碼。

1.gdb基本命令

2.應(yīng)用舉例

(1)設(shè)有一源程序greet.c

(2)編譯，gcc -ggdb –ogreet greet.c，出錯

(3)gdbgreet ，出現(xiàn)提示符

(gdb)

此時可在提示符下輸入gdb的命令了，如：

(gdb) run

(gdb) list

(4)退出調(diào)試狀態(tài)，返回系統(tǒng)提示符下，(gdb)quit

三

基本學(xué)習(xí)函數(shù)

C語言標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)

（1） 標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出類函數(shù)

scanf printf putchar getchar putc getc puts ungetc等。

（2） 字符處理及轉(zhuǎn)換函數(shù)

isdigit isalpha sprint strncat stncpystrlen strchr strstr strrev memset memmove memcpy memcpy等。

（3） 數(shù)學(xué)計算類函數(shù)

divacos/asin pow exp log ceil abs floor fmod等

（4） 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法類函數(shù)

bsearch lfind lsearch qsort rand srand等

（5） 文件I/O操作類函數(shù)

fopen fclose fgetc fputs fseek fwrite ffush等

（6） 時間日期類函數(shù)

clocktime gmttime mktime asctime 等

（7） 錯誤處理及工具函數(shù)

clearer feof perror errno assert setjmp longjmp等

Linux C中C語言的擴展庫函數(shù)

（1） 文件I/O操作函數(shù)

open close read write lseek ioctl fcntl mmap dup create等

（2） 文件權(quán)限相關(guān)函數(shù)

accesschown chmod utime umask link stat unlink等

（3） 用戶操作函數(shù)

getgid/setgid getegid/setegid geteuid/seteuid 等

（4） 信號及進程類函數(shù)

killraise alarm signal getpid fork sleep exec _exit等

四

C語言高級編程

C語言運行過程中所使用的內(nèi)存總體分為靜態(tài)存儲區(qū)和動態(tài)存儲區(qū)兩種。

靜態(tài)存儲區(qū)

C語言程序中靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲區(qū)分為三類：只讀存儲器（RO）、已初始化讀寫數(shù)據(jù)區(qū)（RW Data）、未初始化讀寫存儲器（BSS）。在程序運行初始化階段開辟，在運行過程中不會變化（大小和位置固定），程序退出時被系統(tǒng)回收。

動態(tài)存儲區(qū)

動態(tài)存儲區(qū)分為堆和棧兩類，在程序運行過程中動態(tài)分配（位置和大小動態(tài)變化），常見動態(tài)內(nèi)存管理是棧內(nèi)存從高地址向低地址分配，堆內(nèi)存從低地址向高地址分配，一般來說堆使用鏈表實現(xiàn)，棧使用線性存儲方式。

在C語言程序中，?？臻g是由編譯器管理的，在程序中可以體現(xiàn)棧空間使用的例子是參數(shù)的傳遞、返回值的使用以及自動變量空間。一般來說如果?？臻g是從高地址向低地址增長的。

參數(shù)入棧的順序是：后面的參數(shù)在高地址處、前面的參數(shù)在低地址處。

自動變量在棧空間，前面的變量放入棧的高地址，后面的自動變量放入棧的低地址。

在函數(shù)退出時函數(shù)棧上的內(nèi)容將被釋放。因此，自動變量的地址不可以作為函數(shù)返回值

在C語言中，堆內(nèi)存區(qū)域的分配和釋放是通過調(diào)用庫函數(shù)完成的。

malloc、calloc、realloc、free4個庫函數(shù)實現(xiàn)堆內(nèi)存的分配、釋放和管理。分配內(nèi)存后要記得手動釋放，否則其資源是不會被系統(tǒng)回收的，會造成內(nèi)存泄漏。同時指針被釋放后，指針應(yīng)該被設(shè)置為NULL，避免野指針。

總的來說，棧內(nèi)存是由編譯器分配和釋放，堆內(nèi)存是由程序分配和釋放。

函數(shù)指針的使用

函數(shù)指針是一個指向函數(shù)的指針（本質(zhì)上是一個代碼區(qū)的地址），而函數(shù)本身代表了算法，此時C語言的算法就可以通過指針的形式，像普通變量一樣被使用。函數(shù)指針可以作為一個結(jié)構(gòu)體的成員，也可也作為一個參數(shù)傳遞給其他的函數(shù)，同樣也可以作為函數(shù)的返回值。