一

基本開發環境

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操作系統中也提供了C語言的開發環境。這些開發環境一般包括程序生成工具、程序調試工具、工程管理工具等。

Linux下C語言開發環境

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

開發流程：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行程序。

編譯流程：C語言經過編譯-匯編-鏈接，最終生成可執行程序格式。可執行程序包含兩部分內容：程序頭和程序主體。

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

和普通Linux環境下開發相比，更需要掌握一些幾點：

庫函數和系統調用

C語言高級應用

C語言在嵌入式中的特殊語法（大小端，內存對齊等）

資源性能考慮（運行效率與存儲空間）

二

基本開發工具

文件編輯器vi

學習目標：

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。

學習VIM的使用，編輯vimrc文件，gedit ~./vimrc修改功能（比如顯示行數、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境，在UNIX上被廣泛使用的中英文編輯軟件。進入vi，直接執行vi編輯程序即可。

例：vi test.c或者 vim test.c。

顯示器出現vi的編輯窗口，同時vi會將文件復制一份至緩沖區（buffer）。vi先對緩沖區的文件進行編輯，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程序開發工具

學習目標：

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

利用GCC/G++生成應用程序可以分為以下四步：

（1）預處理：生成.i文件（預處理器cpp）

（2）編譯：將預處理后的文件轉換為匯編語言，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：由各個文件的目標代碼，生成可執行程序（鏈接器ld）

這里涉及到另外一個知識點就是靜態鏈接庫和動態鏈接庫的生成。

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上，因此可以自由發布。

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的可執行文件。例如，

gcc test.c

編譯成功后，當前目錄下就產生了一個a.out文件。

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

gcc –ocount count.c

此時得到的可執行文件就不再是a.out，而是count。

2.執行文件

格式： /可執行文件名

例： ./a.out

./count

Make工程管理工具

學習目標：

Makefile是一個決定怎樣編譯工程的文本文件，有一定的書寫規則。在工程更新的時候，使用GNU的make工具根據當前的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，將繼續查找名稱為"makefile"的文件。找到編譯文件后，make工具將根據Makefile中的第一個目標自動尋找依賴關系，找出這個目標所需要的其他目標。如果所需要的目標也需要依賴其他的目標，make工具將一層層尋找直到找到最后一個目標為止。

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。表5-1給出了make工具 的參數選項。

Make工具的參數選項如下表所示：

Makefile中常用變量如下表所示：

在Makefile中，目標名稱的指定常常有以下慣例：

all：表示編譯所有的內容，是執行make時默認的目標。

clean：表示清除目標。

distclean：表示清除所有的內容。

install：表示進行安裝的內容

2.自動生成Makefile

在實際的項目中，由于 make規則的復雜性和不確定性，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這兩套工具可以協助我們自動產生 Makefile文件，并且讓開發出來的軟件可以像大多數源 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 統中，對于各種源代碼包的分發和兼容性具有很好的效果。

autoconf工具介紹

autoconf 是一個用于產生可以自動配置源代碼包，生成Shell腳本的工具，它可以適應 各種類UNIX系統的需要。autoconf產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 布。

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

config.h.in，當然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規則也會偶爾出現）。生成的 Makefile.in也服從GNU Makefile標準。

典型的 automake 輸入文件是一系列簡單的宏定義。處理所有相關的文件并創建 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前目錄中，而其他一些實現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前目錄的一個子目錄中，而當前目錄 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：能夠產生供configure腳本使用的C #define語句模板文件。

（2）autom4te：對文件執行 GNU M4。

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

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

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

GDB調試工具

學習目標：

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試的信息，可以利用GDB進行調試。主要使用的命令是run（開始運行程序）、break（設置斷點）、next（執行一行且不進入函數）、step（進入函數）、continue（繼續程序運行）。

調試分為本地GDB調試和遠程GDB調試，遠程GDB更適合嵌入式系統的調試手段，使用個目標機端的GDB服務器和主機端的GDB調試器完成調試工作。

詳細介紹：

LINUX包含了一個叫gdb的GNU調試程序。gdb是一個用來調試C和C++程序的強有力調試器。它使你能在程序運行時觀察程序的內部結構和內存的使用情況。它具有以下一些功能：

? 監視程序中變量的值；

? 設置斷點以使程序在指定的代碼行上停止執行；

? 一行行的執行代碼。

1.gdb基本命令

2.應用舉例

(1)設有一源程序greet.c

(2)編譯，gcc -ggdb –ogreet greet.c，出錯

(3)gdbgreet ，出現提示符

(gdb)

此時可在提示符下輸入gdb的命令了，如：

(gdb) run

(gdb) list

(4)退出調試狀態，返回系統提示符下，(gdb)quit

三

基本學習函數

C語言標準庫函數

（1） 標準輸入/輸出類函數

scanf printf putchar getchar putc getc puts ungetc等。

（2） 字符處理及轉換函數

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

（3） 數學計算類函數

divacos/asin pow exp log ceil abs floor fmod等

（4） 數據結構和算法類函數

bsearch lfind lsearch qsort rand srand等

（5） 文件I/O操作類函數

fopen fclose fgetc fputs fseek fwrite ffush等

（6） 時間日期類函數

clocktime gmttime mktime asctime 等

（7） 錯誤處理及工具函數

clearer feof perror errno assert setjmp longjmp等

Linux C中C語言的擴展庫函數

（1） 文件I/O操作函數

open close read write lseek ioctl fcntl mmap dup create等

（2） 文件權限相關函數

accesschown chmod utime umask link stat unlink等

（3） 用戶操作函數

getgid/setgid getegid/setegid geteuid/seteuid 等

（4） 信號及進程類函數

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存總體分為靜態存儲區和動態存儲區兩種。

靜態存儲區

C語言程序中靜態數據存儲區分為三類：只讀存儲器（RO）、已初始化讀寫數據區（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），程序退出時被系統回收。

動態存儲區

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

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

參數入棧的順序是：后面的參數在高地址處、前面的參數在低地址處。

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。

在函數退出時函數棧上的內容將被釋放。因此，自動變量的地址不可以作為函數返回值

在C語言中，堆內存區域的分配和釋放是通過調用庫函數完成的。

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

總的來說，棧內存是由編譯器分配和釋放，堆內存是由程序分配和釋放。

函數指針的使用

函數指針是一個指向函數的指針（本質上是一個代碼區的地址），而函數本身代表了算法，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。函數指針可以作為一個結構體的成員，也可也作為一個參數傳遞給其他的函數，同樣也可以作為函數的返回值。