Linux系统编程-02（vim-gcc-动态库静态库）

00. 目录

00. 目录
01. 学习目标
02. 编辑器gedit介绍
03. 什么是vi(vim)
04. vim工作模式
- 4.1 命令模式
- 4.2 编辑模式
- 4.3 末行模式
05. vim教程
06. vim基本操作
07. vim实用操作
- 7.1 命令模式下的操作
- 7.2 末行模式下的操作
08. GCC编译器简介
09. GCC工作流程和常用选项
10. 静态连接和动态连接
11. 静态库和动态库简介
12. 静态库制作和使用
13. 动态库制作和使用
14. GDB调试器
- 14.1 GDB简介
- 14.2 生成调试信息
- 14.3 启动GDB
- 14.3 显示源代码
- 14.4 断点操作
- 14.5 条件断点
- 14.6 维护断点
- 14.7 调试代码
- 14.8 数据查看
- 14.9 自动显示
- 14.10 查看修改变量的值

01. 学习目标

02. 编辑器gedit介绍

gedit是一个GNOME桌面环境下兼容UTF-8的文本编辑器。它使用GTK+编写而成，因此它十分的简单易用，有良好的语法高亮，对中文支持很好，支持包括gb2312、gbk在内的多种字符编码。gedit是一个自由软件。

这是 Linux 下的一个纯文本编辑器,但你也可以把它用来当成是一个集成开发环境 (IDE), 它会根据不同的语言高亮显现关键字和标识符。

gedit是一个Linux环境下的文本编辑器，类似windows下的写字板程序，在不需要特别复杂的编程环境下，作为基本的文本编辑器比较合适。

deng@itcast:~$ gedit txt &

打开gedit图形界面如下：

03. 什么是vi(vim)

vi (Visual interface)编辑器是 Linux 系统中最常用的文本编辑器，vi 在Linux界有编辑器之神的美誉，几乎所有的 Linux 发行版中都包含 vi 程序。

vi 工作在字符模式下，不需要图形界面，非常适合远程及嵌入式工作，是效率很高的文本编辑器，尽管在 Linux 上也有很多图形界面的编辑器可用，但vi的功能是那些图形编辑器所无法比拟的。

vim 是 vi 的升级版，它不仅兼容 vi 的所有指令，而且还有一些新的特性，例如 vim 可以撤消无限次、支持关键词自动完成、可以用不同的颜色来高亮你的代码。vim 普遍被推崇为类 vi 编辑器中最好的一个。

vim键盘

04. vim工作模式

vi有三种基本工作模式: 命令模式、文本输入模式(编辑模式)、末行模式。

4.1 命令模式

任何时候,不管用户处于何种模式,只要按一下ESC键,即可使vi进入命令模式。我们在shell环境(提示符为$)下输入启动vi命令，进入编辑器时，也是处于该模式下。

在命令模式下，用户可以输入各种合法的vi命令，用于管理自己的文档。此时从键盘上输入的任何字符都被当做编辑命令来解释，若输入的字符是合法的vi命令，则vi在接受用户命令之后完成相应的动作。但需注意的是，所输入的命令并不在屏幕上显示出来。若输入的字符不是vi的合法命令，vi会响铃报警。

4.2 编辑模式

在命令模式下输入插入命令i（I）、附加命令a（A）、打开命令o（O）、替换命s（S）都可以进入文本输入模式，此时vi窗口的最后一行会显示“插入”。

在该模式下,用户输入的任何字符都被vi当做文件内容保存起来，并将其显示在屏幕上。在文本输入过程中，若想回到命令模式下，按键ESC即可。

4.3 末行模式

末行模式下，用户可以对文件进行一些附加处理。尽管命令模式下的命令可以完成很多功能，但要执行一些如字符串查找、替换、显示行号等操作还是必须要进入末行模式的。

在命令模式下，输入冒号即可进入末行模式。此时vi窗口的状态行会显示出冒号，等待用户输入命令。用户输入完成后，按回车执行，之后vi编辑器又自动返回到命令模式下。

05. vim教程

deng@itcast:~/test$ vimtutor

06. vim基本操作

6.1 打开文件

vim filename：打开或新建文件，并将光标置于第一行行首，如果文件不存在，则会新建文件。

打开不存在文件：

6.2 编辑文件

如果通过vi打开一个已经存在的文件，首先进入命令模式，此时输入的任何字符都被视为命令，不能输入内容。

在命令模式输入i

6.3 保存文件

一定要先退出插入模式(按Esc进入命令模式)，然后(小写状态下)，shift + zz （按住 “shift” + 按两下“z”键），或者（大写状态下：ZZ）即可保存退出当前文件。

第一步：进入命令模式（ESC）

第二步：shifit + z z

07. vim实用操作

7.1 命令模式下的操作

1）切换到编辑模式

按键	功能
i	光标位置当前处插入文字
I	光标所在行首插入文字
o(字母)	光标下一行插入文字（新行）
O(字母)	光标上一行插入文字（新行）
a	光标位置右边插入文字
A	光标所在行尾插入文字
s	删除光标后边的字符，从光标当前位置插入
S	删除光标所在当前行，从行首插入

2) 光标移动

按键	功能
Ctrl + f	向前滚动一个屏幕
Ctrl + b	向后滚动一个屏幕
gg	到文件第一行行首
G(大写)	到文件最后一行行首，G必须为大写
mG或mgg	到指定行，m为目标行数
0(数字)	光标移到到行首（第一个字符位置）
$	光标移到到行尾
l(小写L)	向右移动光标
h	向左移动光标
k	向上移动光标
j	向下移动光标
^	光标移到到行首（第一个有效字符位置）

3）复制粘贴

按键	功能
[n]yy	复制从当前行开始的 n 行
p	把粘贴板上的内容插入到当前行

4）删除

按键	功能
[n]x	删除光标后 n 个字符
[n]X	删除光标前 n 个字符
D	删除光标所在开始到此行尾的字符
[n]dd	删除从当前行开始的 n 行（准确来讲，是剪切，剪切不粘贴即为删除）
dG	删除光标所在开始到文件尾的所有字符
dw	删除光标开始位置的字,包含光标所在字符
d0(0为数字)	删除光标前本行所有内容,不包含光标所在字符
dgg	删除光标所在开始到文件首行第一个字符开始的所有字符

5）撤销恢复

按键	功能
.(点)	执行上一次操作
u	撤销前一个命令
ctrl+r	反撤销
100 + .	执行上一次操作100次

6）保存退出

按键	功能
ZZ(shift+z+z)	保存退出

7）查找

按键	功能
/字符串	从当前光标位置向下查找（n，N查找内容切换）
?字符串	从当前光标位置向上查找（n，N查找内容切换）

8）替换

按键	功能
r	替换当前字符
R	替换当前行光标后的字符

9）可视模式

按键	功能
v	按字符移动，选中文本，可配合h、j、k、l选择内容，使用d删除，使用y复制
Shift + v	行选（以行为单位）选中文本，可配合h、j、k、l选择内容，使用d删除，使用y复制
Ctrl + v	列选选中文本，可配合h、j、k、l选择内容，使用d删除，使用y复制

7.2 末行模式下的操作

1）保存退出

按键	功能
:wq	保存退出
:x(小写)	保存退出
:w filename	保存到指定文件
:q	退出，如果文件修改但没有保存，会提示无法退出
:q!	退出，不保存

all 表示所有

2）替换

按键	功能
:s/abc/123/	光标所在行的第一个abc替换为123
:s/abc/123/g	光标所在行的所有abc替换为123
:1,10s/abc/123/g	将第一行至第10行之间的abc全部替换成123
:%s/abc/123/g	当前文件的所有abc替换为123
:%s/abc/123/gc	同上，但是每次替换需要用户确认
:1,$s/abc/123/g	当前文件的所有abc替换为123

3）分屏

按键	功能
:sp	当前文件水平分屏
:vsp	当前文件垂直分屏
: sp 文件名	当前文件和另一个文件水平分屏
: vsp 文件名	当前文件和另一个文件垂直分屏
ctrl-w-w	在多个窗口切换光标
:wall/:wqall/:qall	保存/保存退出/退出所有分屏窗口
vim -O a.c b.c	垂直分屏
vim -o a.c b.c	水平分屏

4) 其它用法

按键	功能
:!man 3 printf	在vim中执行命令（q退出）
:r !ls -l	将ls -l执行的结果写入当前文件中
:r /etc/passwd	将/etc/passwd文件中的内容写入到当前文件中
:w /tmp/txt	将当前文件内容写入到/tmp/txt文件中
:w! /tmp/txt	强制将当前文件内容写入到/tmp/txt文件中
:1,10s/^/\/\/g	将第1行到10行行首添加// (^表示行首) /\/\转移字符
:1,10s#^#//#g	将第1行到10行行首添加// (#可以临时代替/ 分隔)
:%s/;/\r{\r\treturn0;\r}\r/g	将;替换成{ return 0; }
:1,10s#//##g	将第1行到10行行首去掉// (#可以临时代替/ 分隔)

08. GCC编译器简介

编辑器(如vi、记事本)是指我用它来写程序的（编辑代码），而我们写的代码语句，电脑是不懂的，我们需要把它转成电脑能懂的语句，编译器就是这样的转化工具。就是说，我们用编辑器编写程序，由编译器编译后才可以运行！

编译器是将易于编写、阅读和维护的高级计算机语言翻译为计算机能解读、运行的低级机器语言的程序。

gcc（GNU Compiler Collection，GNU 编译器套件），是由 GNU 开发的编程语言编译器。gcc原本作为GNU操作系统的官方编译器，现已被大多数类Unix操作系统（如Linux、BSD、Mac OS X等）采纳为标准的编译器，gcc同样适用于微软的Windows。

gcc最初用于编译C语言，随着项目的发展gcc已经成为了能够编译C、C++、Java、Ada、fortran、Object C、Object C++、Go语言的编译器大家族。

编译命令格式：

gcc [options] file…

g++ [options] file…

命令、选项和源文件之间使用空格分隔

一行命令中可以有零个、一个或多个选项

文件名可以包含文件的绝对路径，也可以使用相对路径

如果命令中不包含输出可执行文件的文件名，可执行文件的文件名会自动生成一个默认名，Linux平台为a.out，Windows平台为a.exe

09. GCC工作流程和常用选项

gcc编译器从拿到一个c源文件到生成一个可执行程序，中间一共经历了四个步骤：

四个步骤并不是gcc独立完成的，而是在内部调用了其他工具，从而完成了整个工作流程：

选项	作用
-o file	指定生成的输出文件名为file
-E	只进行预处理
-S(大写)	只进行预处理和编译
-c(小写)	只进行预处理、编译和汇编
-v / –version	查看gcc版本号
-g	包含调试信息
-On n=0~3	编译优化，n越大优化得越多
-Wall	提示更多警告信息
-D	编译时定义宏

显示所有的警告信息

gcc -Wall test.c

将警告信息当做错误处理

gcc -Wall -Werror test.c

测试程序(-D选项)：

#include <stdio.h>int main(void)
{printf("SIZE: %d\n", SIZE);return 0;
}

deng@itcast:~/test$ gcc 2test.c -DSIZE=10

deng@itcast:~/test$ ./a.out

SIZE: 10

10. 静态连接和动态连接

链接分为两种：静态链接、动态链接。

1）静态链接

静态链接：由链接器在链接时将库的内容加入到可执行程序中。

优点：

对运行环境的依赖性较小，具有较好的兼容性

缺点：
生成的程序比较大，需要更多的系统资源，在装入内存时会消耗更多的时间
库函数有了更新，必须重新编译应用程序

2）动态链接

动态链接：连接器在链接时仅仅建立与所需库函数的之间的链接关系，在程序运行时才将所需资源调入可执行程序。

优点：

在需要的时候才会调入对应的资源函数
简化程序的升级；有着较小的程序体积
实现进程之间的资源共享（避免重复拷贝）

缺点：

依赖动态库，不能独立运行
动态库依赖版本问题严重

3）静态、动态编译对比

前面我们编写的应用程序大量用到了标准库函数，系统默认采用动态链接的方式进行编译程序，若想采用静态编译，加入-static参数。

以下是分别采用动态编译、静态编译时文件对比：

测试程序(test.c)如下：

#include <stdio.h>int main(void)
{printf("hello world\n");return 0;
}

编译：

deng@itcast:~/test$ gcc test.c -o test_share

deng@itcast:~/test$ gcc -static test.c -o test_static

结果对比：

参考博客：静态链接库与动态链接库

11. 静态库和动态库简介

所谓“程序库”，简单说，就是包含了数据和执行码的文件。其不能单独执行，可以作为其它执行程序的一部分来完成某些功能。

库的存在可以使得程序模块化，可以加快程序的再编译，可以实现代码重用,可以使得程序便于升级。

程序库可分静态库(static library)和共享库(shared library)。

12. 静态库制作和使用

静态库可以认为是一些目标代码的集合，是在可执行程序运行前就已经加入到执行码中，成为执行程序的一部分。

按照习惯,一般以“.a”做为文件后缀名。静态库的命名一般分为三个部分：

前缀：lib
库名称：自己定义即可
后缀：.a

所以最终的静态库的名字应该为：libxxx.a

1）静态库制作

步骤1：将c源文件生成对应的.o文件

deng@itcast:~/test/3static_libgcc−cadd.c−oadd.odeng@itcast: /test/3staticlibgcc−cadd.c−oadd.odeng@itcast:/test/3staticlib gcc -c add.c -o add.o deng@itcast:~/test/3static_lib gcc -c sub.c -o sub.o
deng@itcast:~/test/3static_libgcc−cmul.c−omul.odeng@itcast: /test/3staticlibgcc−cmul.c−omul.odeng@itcast:/test/3staticlib gcc -c mul.c -o mul.o deng@itcast:~/test/3static_lib gcc -c div.c -o div.o

步骤2：使用打包工具ar将准备好的.o文件打包为.a文件 libtest.a

deng@itcast:~/test/3static_lib$ ar -rcs libtest.a add.o sub.o mul.o div.o

在使用ar工具是时候需要添加参数：rcs

r更新
c创建
s建立索引

2）静态库使用

静态库制作完成之后，需要将.a文件和头文件一定发布给用户。

假设测试文件为main.c，静态库文件为libtest.a头文件为head.h

编译命令：

deng@itcast:~/test/4static_test$ gcc test.c -L. -I. -ltest -o test

参数说明：

-L：表示要连接的库所在目录
-l(大写i)：指定链接时需要的库，去掉前缀和后缀

13. 动态库制作和使用

共享库在程序编译时并不会被连接到目标代码中，而是在程序运行是才被载入。不同的应用程序如果调用相同的库，那么在内存里只需要有一份该共享库的实例，规避了空间浪费问题。

动态库在程序运行是才被载入，也解决了静态库对程序的更新、部署和发布页会带来麻烦。用户只需要更新动态库即可，增量更新。

按照习惯,一般以“.so”做为文件后缀名。共享库的命名一般分为三个部分：

前缀：lib
库名称：自己定义即可
后缀：.so

所以最终的动态库的名字应该为：libxxx.so

1）动态库制作

步骤一：生成目标文件，此时要加编译选项：-fPIC（fpic）

deng@itcast:~/test/5share_libgcc−fPIC−cadd.cdeng@itcast: /test/5sharelibgcc−fPIC−cadd.cdeng@itcast:/test/5sharelib gcc -fPIC -c add.c deng@itcast:~/test/5share_lib gcc -fPIC -c sub.c
deng@itcast:~/test/5share_libgcc−fPIC−cmul.cdeng@itcast: /test/5sharelibgcc−fPIC−cmul.cdeng@itcast:/test/5sharelib gcc -fPIC -c mul.c deng@itcast:~/test/5share_lib gcc -fPIC -c div.c

参数：-fPIC 创建与地址无关的编译程序（pic，position independent code），是为了能够在多个应用程序间共享。

步骤二：生成共享库，此时要加链接器选项: -shared（指定生成动态链接库）

deng@itcast:~/test/5share_lib$ gcc -shared add.o sub.o mul.o div.o -o libtest.so

步骤三: 通过nm命令查看对应的函数

deng@itcast:~/test/5share_libnmlibtest.so|grepadd00000000000006b0Tadddeng@itcast: /test/5sharelibnmlibtest.so|grepadd00000000000006b0Tadddeng@itcast:/test/5sharelib nm libtest.so | grep add 00000000000006b0 T add deng@itcast:~/test/5share_lib nm libtest.so | grep sub
00000000000006c4 T sub

ldd查看可执行文件的依赖的动态库

2）动态库测试

引用动态库编译成可执行文件（跟静态库方式一样）

deng@itcast:~/test/6share_test$ gcc test.c -L. -I. -ltest

// -L编译指定的库目录, -I :大写i,头文件(只与test相关的头文件),-l : 动态库名

然后运行：./a.out，发现竟然报错了！！！

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。此时就需要系统动态载入器(dynamic linker/loader)。
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。

3）如何让系统找到动态库

拷贝自己制作的共享库到/lib或者/usr/lib(不能是/lib64目录)
临时设置LD_LIBRARY_PATH：

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:库路径

永久设置,把export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:库路径，设置到~/.bashrc或者 /etc/profile文件中
将其添加到 /etc/ld.so.conf文件中

编辑/etc/ld.so.conf文件，加入库文件所在目录的路径

运行ldconfig -v，该命令会重建/etc/ld.so.cache文件
使用符号链接，但是一定要使用绝对路径

deng@itcast:~/test/6share_test$ sudo ln -s /home/deng/test/6share_test/libtest.so /lib/libtest.so

14. GDB调试器

14.1 GDB简介

GNU工具集中的调试器是GDB（GNU Debugger），该程序是一个交互式工具，工作在字符模式。

除gdb外，linux下比较有名的调试器还有xxgdb, ddd, kgdb, ups。

GDB主要帮忙你完成下面四个方面的功能：

启动程序，可以按照你的自定义的要求随心所欲的运行程序。
可让被调试的程序在你所指定的调置的断点处停住。（断点可以是条件表达式）
当程序被停住时，可以检查此时你的程序中所发生的事。
动态的改变你程序的执行环境。

14.2 生成调试信息

一般来说GDB主要调试的是C/C++的程序。要调试C/C++的程序，首先在编译时，我们必须要把调试信息加到可执行文件中。使用编译器（cc/gcc/g++）的 -g 参数可以做到这一点。如：

gcc -g hello.c -o hello

g++ -g hello.cpp -o hello

如果没有-g，你将看不见程序的函数名、变量名，所代替的全是运行时的内存地址。

14.3 启动GDB

启动gdb：gdb program

program 也就是你的执行文件，一般在当前目录下。
设置运行参数

set args 可指定运行时参数。（如：set args 10 20 30 40 50 ）

show args 命令可以查看设置好的运行参数。
启动程序

run：程序开始执行，如果有断点，停在第一个断点处

start：程序向下执行一行。

14.3 显示源代码

用list命令来打印程序的源代码。默认打印10行。

Ø list linenum：打印第linenm行的上下文内容.

Ø list function：显示函数名为function的函数的源程序。

Ø list：显示当前行后面的源程序。

Ø list -：显示当前行前面的源程序。

一般是打印当前行的上5行和下5行，如果显示函数是是上2行下8行，默认是10行，当然，你也可以定制显示的范围，使用下面命令可以设置一次显示源程序的行数。

Ø set listsize count：设置一次显示源代码的行数。

Ø show listsize：查看当前listsize的设置。

14.4 断点操作

1）简单断点

break 设置断点，可以简写为b

Ø b 10 设置断点，在源程序第10行

Ø b func 设置断点，在func函数入口处

2）多文件设置断点

C++中可以使用class::function或function(type,type)格式来指定函数名。

如果有名称空间，可以使用namespace::class::function或者function(type,type)格式来指定函数名。

Ø break filename:linenum – 在源文件filename的linenum行处停住

Ø break filename:function – 在源文件filename的function函数的入口处停住

Ø break class::function或function(type,type) – 在类class的function函数的入口处停住

Ø break namespace::class::function – 在名称空间为namespace的类class的function函数的入口处停住

3）查询所有断点

info b
info break
i break
i b

14.5 条件断点

一般来说，为断点设置一个条件，我们使用if关键词，后面跟其断点条件。

设置一个条件断点：

b test.c:8 if Value == 5

14.6 维护断点

1）delete [range…] 删除指定的断点，其简写命令为d。

如果不指定断点号，则表示删除所有的断点。range表示断点号的范围（如：3-7）。
比删除更好的一种方法是disable停止点，disable了的停止点，GDB不会删除，当你还需要时，enable即可，就好像回收站一样。

2） disable [range…] 使指定断点无效，简写命令是dis。

如果什么都不指定，表示disable所有的停止点。

3） enable [range…] 使无效断点生效，简写命令是ena。

如果什么都不指定，表示enable所有的停止点。

14.7 调试代码

run 运行程序，可简写为r
next 单步跟踪，函数调用当作一条简单语句执行，可简写为n
step 单步跟踪，函数调进入被调用函数体内，可简写为s
finish 退出进入的函数
until 在一个循环体内单步跟踪时，这个命令可以运行程序直到退出循环体,可简写为u。
continue 继续运行程序，停在下一个断点的位置，可简写为c
quit 退出gdb，可简写为q

14.8 数据查看

1）查看运行时数据

print 打印变量、字符串、表达式等的值，可简写为p

p count 打印count的值

14.9 自动显示

你可以设置一些自动显示的变量，当程序停住时，或是在你单步跟踪时，这些变量会自动显示。相关的GDB命令是display。

display 变量名
info display – 查看display设置的自动显示的信息。
undisplay num（info display时显示的编号）
delete display dnums… – 删除自动显示，dnums意为所设置好了的自动显式的编号。如果要同时删除几个，编号可以用空格分隔，如果要删除一个范围内的编号，可以用减号表示（如：2-5）
disable display dnums…
enable display dnums…
disable和enalbe不删除自动显示的设置，而只是让其失效和恢复。

14.10 查看修改变量的值

1）ptype width – 查看变量width的类型

type = double

2）p width – 打印变量width 的值

$4 = 13

你可以使用set var命令来告诉GDB，width不是你GDB的参数，而是程序的变量名，如：

set var width=47 // 将变量var值设置为47

在你改变程序变量取值时，最好都使用set var格式的GDB命令