Linux C语言编程基本原理与实践

Linux C语言编程基本原理与实践(2018-06-16 19:12:15)

Linux C语言编程基本原理与实践

高效的学习带着目的性: 是什么 -> 干什么 -> 怎么用

重识C语言

1. C语言是一种通用的, 面向过程的编程语言, 在系统与应用软件的开发应用较广
2. 是人类和计算机交流的一种方式
3. ANSI C： 是C语言的标准, 为了避免各开发商用的C语言语法的差异
4. C语言的特点: 简单, 快速, 高性能, 兼容性好, 功能强大, 易于学习

C语言适合做什么

1. Linux嵌入式, 小工具(命令行下的cd, ls之类的命令) 小巧灵活，语法简单，适合做小工具
2. 与硬件打交道的程序: 操作系统, ARM嵌入式, 单片机编程以及Arduino编程等等
3. 对性能要求较高的应用程序: NGINX(C)的并发量 = Apache(C++) * 10

C适合领域

1. 小工具（语法简单）
2. 和硬件打交道的程序 ARM嵌入式，单片机，Arduino编程（有指针，可操作内存）
3. 有高性能要求的程序

nginx:c apache:c++

linux嵌入式

开发环境与配置：

• C语言是随着UNIX诞生而产生的一门编程语言
• Mac电脑是Unix内核; Windows下可以安装Linux虚拟机

Ubuntu：

1. Ubuntu和CentOS是较为常用的Linux发行版本, 个人电脑用Ubuntu更好
2. Ubuntu的kylin版对中文支持很好
3. amd64版: AMD当初率先推出64位CPU, 所以Ubuntu把64位CPU型号定义为amd64(Intel照用), 一直沿用到现今; 32位用x86
4. LTS版: 长时间的技术支持版本
5. 装Ubuntu系统可以选择双系统, 也可在原来的Windows电脑上装虚拟机

PS: 尽量在Linux环境下开发C语言程序

常用指令

• 终端编辑器：emacs vim
• 安装软件：sudo apt install 【软件名】

• 更新软件：sudo apt update

• Ctrl+Alt+T：打开终端
• cd ~ ：进入当前用户的根目录
• pwd ：查看当前所在路径
• ls ：当前章目录包含哪些文件
• ls -l :显示当前文件的类型，权限，创建时间，名字

• ls -al或ll:显示隐藏文件

如果前面是d就是文件夹,-就是普通类型的文件

• touch ** ：创建字符型文件
• rm ** ：删除
• mkdir ** :创建目录(文件夹)
• vi ** ：打开(进入)文件

vi 一个不存在的文件，进入后无法输入内容，因当前在命令模式下；按字符i，可进入INSERT插入模式，就可输入内容，按Esc返回命令模式;

在命令模式下：

• :w ：保存该文件
• :q ：退出
• i ：当前光标前面插入字符
• Shift+i ：跳到本行行首插入字符
• a ：当前光标后面插入字符
• Shift+a ：跳到本行末尾插入字符
• o ：在当前下一行插入字符
• Shift+o ：在当前上一行插入字符
• x ：删除当前光标所处字符
• d+d ：删除整行

Linux下最好用的文本编辑器: emacs, vim

• cc -v(gcc -v): 查看编译器版本

• apt-get是一条linux命令，适用于deb包管理式的操作系统，主要用于自动从互联网的软件仓库中搜索、安装、升级、卸载软件或操作系统。

• clear：清洁屏幕

Linux下第一个C程序

linux下一般不用void main，最新c语言标准，int main

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("hello,world!\n");
    return 0;
}

cc a.c

默认会为我们编译并生成可执行文件a.out(可读可写可执行)

• ./表示当前路径下，
• ./a.out 执行当前路径下的a.out文件
• r表示可读 w表示可写 x表示可执行

三组重复的顺序为"创建者","用户组","任意其他用户"

多个源文件分而治之

c语言是一个结构化的程序语言，是支持多函数的。程序可由若干个函数组成。

vim hello.c

最原始版本的实现(hello.c):

#include <stdio.h>

int max(int a, int b)
{
    if(a>b){
        return a;      
    }else{
        return b;
    }
}

int main()
{
    int a1 = 33;
    int a2 = 21;
    int maxNum = max(a1,a2);
    printf("the max value is %d\n",maxNum);
    return 0;
}

• 我们的stdio.h是在我们的user/include中被内置了

• 在编写max函数时对齐，编写内部时括号进行缩进对齐。

附加知识: vim分屏显示

• :sp 文件名 //创建（打开）新文件
• 上屏: ctrl+w+上箭头
• 下屏: ctrl+w+下箭头
• 打开行号 :set nu
• 剪切：(最后一行行数)+dd
• 粘贴：p

//这两个不用点冒号

• 关闭行号：set nonu

如果就是上图代码直接编译会报错，这是一个未声明的函数。

有两种分离方案:

• 第一种是int max(int a,int b);,在hello.c中声明该方法，然后编译的时候需要加上max.c
• 一种是#include "max.c" 然后编译的时候就不需要加上max.c一起编译

版本1:

0-hello.c:

#include <stdio.h>
int max(int a,int b);

int main()
{
    int a1 = 33;
    int a2 = 21;
    int maxNum = max(a1,a2);
    printf("the max value is %d\n",maxNum);
    return 0;
}

0-max.c:

int max (int a, int b)
{
    if(a>b){
        return a;
    }else{
        return b;
    }
}

编译命令:

gcc 0-hello.c 0-max.c -o 0-hello.out

如果不加上0-max.c一起编译，会出现错误

gcc 0-hello.c -o 0-hello.out
/tmp/cc8GuaAH.o：在函数‘main’中：
0-hello.c:(.text+0x21)：对‘max’未定义的引用
collect2: error: ld returned 1 exit status

版本2

1-hello.c:

#include <stdio.h>
#include "0-max.c"

int main()
{
    int a1 = 33;
    int a2 = 21;
    int maxNum = max(a1,a2);
    printf("the max value is %d\n",maxNum);
    return 0;
}

0-max.c与原来的一致

编译命令:

gcc 1-hello.c -o 1-hello.out

如果此时多加了0-max.c一起编译

gcc 1-hello.c 0-max.c -o 1-hello.out
/tmp/ccjcCmVa.o：在函数‘max’中：
0-max.c:(.text+0x0): `max'被多次定义
/tmp/cclIxMtD.o:1-hello.c:(.text+0x0)：第一次在此定义
collect2: error: ld returned 1 exit status

终端下：

• gcc 文件名.c -o 命名.out
• 生成.out并命名
• #include <>表示在预装的库里查找
• #include "max.c"表示在当前目录内查找文件

include "max.c"相当于把整个函数复制进来了。效果等同于写进来

• wqa 是将多个文件一起保存

头文件与函数定义分离

把函数的声明和定义分离开来

代码没有main函数不能执行，main是入口。

• .h 头文件
• .o 编译之后的中间文件
• .c 源代码

mtianyan@ubuntu:~/Desktop/zjuPlan/CSF878/CCode/linux_c/2-lesson/part1$ ls
0-max.c  1-hello.c

加快编译速度

gcc -c 0-max.c -o 0-max.o

将max.c变成max.o之后，我们需要把hello.c中的include注释掉并添上方法声明

#include <stdio.h>
//#include "0-max.c"
int max(int a,int b);

可读可写不可执行,max.o相当于计算器对于源代码进行了翻译，变成计算机可识别的机器码

gcc 0-max.o 1-hello.c -o 1-hello.out

新建一个min.c

int min (int a, int b)
{
    if(a<b){
        return a;
    }else{
        return b;
    }
}

hello.c中进行minNum的调用

#include <stdio.h>
//#include "0-max.c"
int max(int a,int b);
int min(int a,int b);

int main()
{
    int a1 = 33;
    int a2 = 21;
    int maxNum = max(a1,a2); 
    int minNum = min(a1,a2);
    printf("the max value is %d\n",maxNum); 
    printf("the min value is %d\n",minNum);
    return 0;
}

编译命令：

gcc -c min.c -o min.o

gcc 0-max.o min.o 1-hello.c -o 2-hello.out

加快编译速度。不会再修改的函数，公共框架和公共类编译生成静态库。

gcc的编译流程分为4步：

预处理(Pre-Processing) －> 编译(Compling) -> 汇编(Assembling) -> 连接(Linking)

预处理: 处理#include #define #ifdef 等宏命令

编译: 把预处理完的文件编译为汇编程序.s

汇编: 把汇编程序.s编译为.o二进制文件

• gcc -c min.c -o min.o //把文件min.c预编译成文件min.o
• cp 文件名a 文件b //把文件a拷贝成新的文件b
• 使用yy复制一行 使用 行号n+yy复制n行
  
• 使用p对复制的行进行粘贴
• 源代码文件用cat命令可以查看

那么问题又来了，我们现在的max函数和min函数是自己编写的，即使不加声明，我们也知道需要哪些参数，参数是什么类型，返回值是什么类型。如果这个函数不是我们编写的，别人又编写成了max.o min.o 我们看不到源代码，又不知道函数的传入参数与返回。.h文件的好处就来了

我们创建一个文件夹part2

max.h 代码：

int maxNum(int a, int b);

min.h 代码：

int minNum(int a ,int b);

hello.c代码：

#include <stdio.h>
#include "max.h"
#include "min.h"

int main()
{
    int a1 = 33;
    int a2 = 21;
    int maxNum = max(a1,a2); 
    int minNum = min(a1,a2);
    printf("the max value is %d\n",maxNum);
    printf("the min value is %d\n",minNum);
}

gcc max.o min.o hello.c -o hello.out

warning: implicit declaration of function ‘max’; did you mean ‘main’? 

出现警告，但不影响正常的编译运行。

makFile的编写

• make工具可以将大型的开发项目分成若干个模块
• make -v
• sudo apt-get install make
• make工具可以很清晰和很快捷的整理源文件

make工具的内部也是使用的gcc

我们自己开发还是安装软件都要使用到make 和make install这两个命令

因为当我们的源文件很多很多的时候

gcc max.c min.c hello.c -o hello.out

命令就会很长很长。

编写一个Makefile可以同时编译多个文件，告诉依赖关系。

• vim Makefile
• 写入：

hello.out:max.o min.o hello.c
      gcc max.o min.o hello.c -o hello.out
max.o:max.c
      gcc -c max.c
min.o:min.c
      gcc -c min.c
# 添加注释

• 执行命令make

编写 Makefile 缩进使用 tab 键(八个空格，否则出错)

Makefile:3: *** 遗漏分隔符 (null)。 停止。

• 重命名文件 mv MakeFile makefile

从上往下找，从下往上编译出来。 已经生成出来的文件不会再重新生成。

make: “hello.out”已是最新。 （up to date）

详细讲解main函数中的返回值的作用以及main函数中的参数意义

main.c:

#include <stdio.h>

int main(int argc,char* argv[]) //main函数完整形式
{
    printf("hello,world\n");
    return 101;
}

gcc main.c -o main.out && ./main.out

• gcc main.c -o main.out && ./ main.out 可以依次执行两条命令
• return 0 用来验证程序运行是否成功。
• 命令echo $?用来查看返回值

./main.out && ls打印出helloworld的同时，列出当前目录。因为main.out的return值为0，判定为成功执行。

./main2.out && ls打印出helloworld，未列出当前目录。因为main.out的return值为101（非0），判定为不成功执行。

main函数中的参数

int main(int argc, char* argv[])//main函数完整形式

argc统计输入参数的个数。只输入文件名时个数为1

argv[]存放每个参数的内容
如：

• 输入 ./main3.out -l -a
• argv = 3
• argc[0] = ./main.out
• argc[1] = -l
• argc[2] = -a

argc(argument count),存放着传入main函数的参数个数是几个。

argv(argument vector)，存放具体传入的参数

main3.c:

#include <stdio.h>

int main(int argc,char* argv[])
{
    printf("argc is %d\n",argc);
    //int i;
    for(int i =0;i<argc;i++){
    printf("argv[%d]is %s\n",i,argv[i]);
    }

    return 101;
}

$ ./main3.out -a -l
argc is 3
argv[0]is ./main3.out
argv[1]is -a
argv[2]is -l

Linux下的标准输入流输出流与错误流

• C语言是如何被操作系统调用的
• 操作系统如何传递参数
• main函数的返回值含义

linux把所有东西当作文件处理

• 标准输入流文件：stdin 键盘
• 标准输出流文件：stdout 显示器
• 标准错误流文件：stderr
• 这是系统默认创建
• fprintf fscanf：将输入输出放入...
• printf("") 是对fprintf(stdout,"")函数的封装.
• scanf("") 是对fscanf(stdin,"")函数的封装

#include <stdio.h>

int main()
{
    // printf("hello world!\n");
    fprintf(stdout,"hello world \n");
    int a;
    //scanf("%d",&a);
    fscanf(stdin,"%d",&a);
    if(a<0){
     fprintf(stderr,"the value must >0\n");
     # 返回值不等于0表明函数出错
     return 1;
    }

    //printf("input value is: %d\n",a);
    return 0;

}

输出输出流与错误流的重定向

Linux几乎可以用于任何领域，这里我们不得不提出linux的通道。
管道起到了很重要的作用，不同应用程序之间要配合使用，就需要用到管道。

Demo:main.c

先理解输入流，输出流和错误流的重定向机制，对于管道的理解会比较容易些。

#include <stdio.h>

int main()
{
int i,j;
printf("input the int value i:\n"); \\printf其实对fprintf的封装，是从标准输出流（即stdout）来输出这个过程
scanf("%d", &i); //默认输入流是键盘
printf("input the int value j:\n");
scanf("%d", &j);
printf("i+j=%d\n", i+j);
}

• 执行编译命令cc main.c, 得到a.out，运行a.out，我们分别输入3和5输入到终端.

• 我们可以使用命令./a.out 1>> a.txt,其中>>符号（不写参数就是输出流），之前默认输出流是终端，现在我们则改为输出到a.txt中，我们执行命令后，分别输入3回车后再输入5。再使用命令cat a.txt，我们可以看到我们已经输出到文件里的内容。

我们标准输出流是1>>,输入流是0>>

• 我们再次执行./a.out >> a.txt，我们再次输入参数，完成后我们再次使用cat来查看a.txt文件里的内容，发现之前的内容还在，新的输出内容追加到了后面。

• 再举一个重定向的例子，我们使用命令ls /etc >> etc.txt，我们将ls目录下的内容输入到了etc.txt文件中

• 但我们如若改重定向符号想覆盖掉之前的内容，可以把双箭头>>改为单箭头>，则文件中先前的内容就会被覆盖掉。

输入流重定向

• 我们可以创建一个文件vi input.txt，内容如下：

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• 我们再次执行./a.out < input.txt，不存在追加模式，所以我们用单箭头<，我们可以将要输入的内容全部在input.txt中准备好，命令执行后，我们便在终端上可以看到结果。

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i,j;
    printf("input the int value i:\n"); 
    scanf("%d", &i); //默认输入流是键盘
    printf("input the int value j:\n");
    scanf("%d", &j);
    if(0!=j){   
        printf("%d/%d=%d\n",i,j,i/j);
    }else{
        fprintf(stderr,"j != 0\n");
        return 1;
    
    }


    return 0;
}

注意代码规范小技巧，0和j的比较，0放前面如果漏了等号会报错

echo $? 查看返回值

./main.out 1>true.txt 2>false.txt < input.txt

• 将输出保存到t.txt.
• 错误保存到f.txt.
• 从input.txt读入数据

而当值错误，产生除零错误时。

上图是当j=0时的运行情况。

重定向到其他地方。

管道原理及应用。

管道：

把前面的输出流作为后面工具的输入流，用一个|表示.

• grep :查看指定文本，搜出包含字符的文本

• 终端中输入: ls /etc/ | grep ab

• ls /etc/ 的输出作为grep的输入

• ls /etc/ | grep ab 在/etc/文件下查找含有ab字符的文件名

• ps -e:查看系统运行的进程

ps -e | grep ssh

查看包含ssh的进程

实践编程，用简单的C语言代码，编写一个实用的C语言小程序

avg.c :

#include <stdio.h>

int main()
{
    int s,n;
    scanf("%d,%d",&s,&n);
    float v = s/n;
    printf("v =%f\n",v);
    return 0;
}

编译命令:

cc avg.c -o avg.out

input.c:

#include <stdio.h>

int main()
{
    int flag =1;
    int i;
    int s = 0;
    int count=0;
    while(flag){
    scanf("%d",&i);
    if(0==i) break; #等于零跳出
    count++;
    s+=i;
    }
    printf("%d,%d\n",s,count);
    return 0;
}

cc input.c -o input.out

注意上面的代码中应该将s初始化为0.否则会产生问题。

使用时：

./input.out | ./avg.out

实现将input的数据之间求平均值。