学习Linux环境编程的原因

  C语言、C++语言、数据结构和算法，重点关注算法逻辑，不关注平台。UNIX系统、Linux系统，重点关注系统接口，需要关注代码的运行平台。通过学习操作系统的接口，来提高函数的设计能力，在理解操作系统的运行机制的基础上，写出功能更强、更安全、更高效的代码。

UNIX系统介绍

诞生于1971年美国AT&T公司的贝尔实验室，主要开发者是丹尼斯.里奇、肯.汤普逊。
系统特点：多用户、多任务、支持多种处理器架构、高安全性、高可靠性、高稳定性。
既可以构建大型关键业务系统的商业服务器，也可以构建面向移动终端、手持设备、可穿戴设备的嵌入式应用。（苹果的内核就是unix）

Linux系统介绍

是一款类UNIX系统，免费开源，不同的发行版使用相同的内核，一般用在手机、平板、路由器、台式计算机、大型计算机、超级计算机。从严格意义上来说，Linux仅指的是操作系统内核，隶属于GNU工程，发起人叫 Linus Benedict Torvalds。标志：是一只企鹅，是南极的标志性动物，而目前南极不属于任何国家，为全人类所共有的，而Linux用它来当操作系统就意味这款系统属于全人类。Minix操作系统：荷兰的Andrew S. Tanenbaum教授所开发的一款不包含任何UNIX源码的类UNIX系统，Linus Torvalds虽然深受Minix的启发写出了第一版本的Linux内核。

GNU工程

发起于1984年，由自由软件基本会提供支持，它基本原则就是共享，目的是发展出一个有别一切商业UNIX系统的，免费且开源的类UNIX系统，也叫GNU Linux，是目前全球最大的开源组织。

POSIX标准

可移植操作系统接口（英语：Portable Operating System Interface，缩写为POSIX）是IEEE为要在各种UNIX操作系统上运行软件，而定义API的一系列互相关联的标准的总称。

Linux完全遵循了POSIX标准，所以在Linux下编写的代码，经过稍微修改可移植到UNIX上。这两操作系统的API，名字相同、参数相同、返回值相同。

GNU通用公共许可证

简称为GPL，是由自由软件基金会发行的用于计算机软件的协议证书，使用该证书的软件被称为自由软件。大多数的GNU程序和超过半数的自由软件使用它。

GNU编译工具

是GNU组织为了编译Linux内核源码而开发的一款编译工具，经过长时间的发展目前已经成为一个编译平台，能够支持多种编程语言(C、C++、Java、Objective-C、Ada、C#)和操作系统(UNIX、Linux、Windows)，gcc -v 可以查看编译器版本。构建(Build)过程：预处理、编译、汇编、链接gcc -E code.c -o code.i -> code.igcc -S code.i -> code.sgcc -c code.s -> code.ogcc code.o ... -> a.out文件后缀：.h 头文件.h.gch 头文件的编译结果，会被优先使用，建议立即删除.c 源文件.i 预处理文件.s 汇编文件.o 目标文件.a 静态库文件.so 共享(动态)库文件参数：-E 预处理-S 产生汇编文件-c 只编译不链拉-o 指定输出文件的名字-Wall 尽可能多的产生警告-Werror 把警告当错误处理-x 指定源代码的语言-g 生成调试信息-I 指定头文件的加载路径-L 指定库文件的加载路径-lname 要额外加载的库名libname.a libname.so-pedantic 对不符全ANSI标准的语法产生警告(对gcc扩展的语法产生警告)。以下几个都是GNU独有的语法：typeof case 1 ... 5#define debug(...)编译多个文件：1、头文件作用头文件卫士声明外部变量、函数、类、结构、联合、枚举定义宏、类型别名包含其它头文件2、包含头文件时要注意#include <> 从系统指定的位置加载。#include "" 先从当前目录下加载，如果当前目前没有再从系统指定的位置加载。当没函数声明时，编译器会猜测函数的格式，这种猜测行为叫函数隐式声明。编译器支持的预处理指令：#include 导入头文件#define 定义宏常量、宏函数## 连接两个标识符# 把参数转换成字符串字面值#undef 删除宏#if 判定#ifdef/#ifndef 宏定义判定#else 与#if/#ifdef/#ifndef配合使用#elif 相当于else if#endif 判定的结束标志#error 产生错误#warning 产生警告#line 修改当前行号#pragma GCC dependency "文件名.c" 监控某个文件不被私自修改#pragma GCC poison <标识> 把某个标识符当病毒处理，监控某个标识符不被使用。#pragma pack(1/2/4) 修改结构、联合的补齐、对齐字节数
预定义的宏：__FILE__    文件名__func__    函数名__LINE__    行号__DATE__    日期__TIME__    时间头文件的三种定位方式：
1、#include "路径/xxx.h" 直接把路径写在代码中，但如果头文件路径发生变化，需要修改源代码。2、gcc -I目录 在编译时指定加载头文件的路径。（大写的i，不是小写L）加了这个之后添加头文件可以使用<>和""添加指定目录的头文件
例如：有一个头文件tools.h在上一级目录，那么在编译的时候输入gcc 源文件名 -I ../，就能把这个头文件导入了。 3、设置C_INCLUDE_PATH环境变量，来添加头文件的查找路径。添加完之后，可以用#include<头文件名>导入该头文件了。打开配置文件：vim ~/.bashrc在文件末尾添加一行内容： export C_INCLUDE_PATH=$C_INCLUDE_PATH:.......（.....处填写需要加入头文件的位置）重新加载配置文件：source ~/.bashrcenv命令可以查看所有环境变量。扩展：PATH环境变量代表是命令的查找路径，把.添加进去以后再执行程序就不需要./了。注意：删除环境变量时需要退出终端，再重新打开

库

库：也叫代码库，把一个些目标文件合并在一起方便使用，有静态库和共享库两种。
静态库：在链接时把库的二进制指令复制到调用模块中。
共享库：会和调用者一起加载到内存，当执行调用语句时会从程序的调用位置跳转到共享库中运行。
优缺点：静态库的优点是运行速度快，但维护麻烦，当静态库中人内容更新后需要重新编译程序，使用静态库编译出的可执行文件会比共享库的要大。共享库的优点是使用方便，共享库如果发生变化不需要重新编译程序，使用它编译出的可执行文件比使用静态库要小，运行速度要比使用静态库慢。
注意：静态库的扩展名是.a，共享库的扩展名是.so，共享库要有执行权限。

静态库的创建与使用

1、创建静态库编辑静态库原码：vim .c/.h编译出目标文件：gcc -c xxx.c -> xxx.o把目标文件打包成静态库文件：ar -r libxxx.a x1.o x2.o ...ar 是一个专门控制静态库的命令-r 把目录文件合并成一个静态库，如果静态库文件已经存在则更新。-q 向静态库中添加目录文件-t 查看静态库中有哪些目标文件-d 从静态库中删除目标文件-x 把静态库展开为目标文件
2、使用静态库1、直接调用把共享库当作目标文件一样，与调用者的目标文件一起合并出可执行文件。gcc main.c libtools.a2、通过gcc -L参数来指定库的路径gcc main.c -L../tools/ -ltools3、通过设置LIBRARY_PATH环境变量来指定库的路径1、打开~/.bashrc文件 vim ~/.bashrc2、在末尾添加：export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH":/home/zhizhen/tools/"3、保存退出后，执行:source ~/.bashrcgcc main.c -l 头文件名字（无后缀） 需要通过-l来指定库名

共享库的创建与使用

1、创建共享库编辑静态库原码：vim .c/.h编译出目标文件：gcc -c -fpic xxx.c -> xxx.o把目标文件打包成共享库：gcc -shared x1.o x2.o ... -o libxxx.so-fpic编译出位置无关代码，在代码中使用相对地址，这样共享库就可以遇到内存的任何位置。
2、使用共享库1、直接调用gcc main.c libcalc.so注意：需要设置共享的加载路径，LD_LIBRARY_PATH2、通过设置LIBRARY_PATH环境变量来指定库的路径gcc main.c -l calc 需要通过-l来指定库名注意：如果静态库和共享库同时存在，优先使用共享库，通过-static可以指定使用静态库。3、通过gcc -L参数来指定库的路径gcc main.c -L./calc/ -lclac4、动态加载共享库#include <dlfcn.h>void *dlopen(const char *filename, int flag);功能：打开共享库filename：共享库的路径flag：打开方式RTLD_LAZY：延迟加载，使用到共享库时再加载RTLD_NOW：立即加载返回值：成功返回共享库的句柄，失败返回NULLvoid *dlsym(void *handle, const char *symbol);功能：通过函数名在共享库中获取函数指针handle：共享库的句柄symbol：函数名返回值：函数地址，失败返回NULLchar *dlerror(void);功能：获取错误信息int dlclose(void *handle);功能：卸载共享库注意：编译时添加-ldl参数

辅助工具

nm：查看目标文件、可执行文件、静态库、共享库文件的符号列表。
ldd：查看可执行文件依赖了哪些共享库
strip：删除目标文件、可执行文件、静态库、共享库文件中符号列表、调试信息，可以有效降低文件的大小。
objdump：可以显示二进制文件的汇编信息

错误处理

通过函数返回值表式错误

    1、返回值合法表示成功，非法表示失败。2、返回有效指针表示成功，返回NULL/0xFFFFFFFF 表示失败。3、成功返回0，失败返回-1。4、永远成功，如：printf

通过errno表示错误，系统的API出错时会影响errno的值。

    可以根据errno的错误编号来获取错误原因1、strerror 根据errno错误转换字符串信息2、printf %m 同上3、perror 同上注意：errno是一个全局的变量，需要通过函数的返回值判断函数执行是否出错误，再通过errno获取错误原因。如果API执行成功并不会修改errnor值，所以不能通过errno的值判断函数执行是否成功。

九、环境变量表
每个程序执行时都收到一张操作系统传递给的环境变量表，方便该程序了解当系统的环境配置，env命令可以在终端查看环境变量表。

环境变量表是一个以NULL结尾的字符指针数数组。
该表是系统环境变量的拷贝，程序对当前这张进行修改，并不影响操作系统。
char *getenv(const char *name);
功能：根据环境变量名获取环境变量的值int putenv(char *string);
功能：name=value向环境变量表中添加环境变量，环境变量不存在则添加，存在则修改。
返回值：0表示成功，非零表示失败
注意：不会把字符串拷贝到环境变量表中，而是把字符串地址存储到数组中。int setenv(const char *name, const char *value, int overwrite);
功能：以name,value的形式向环境变量表添加环境变量，如果环境变量不存在则直接添加，如果存在则根据overwrite参数进行修改。
overwrite：零 环境变量已经存在则不修改非零 功能相当于putenv
返回值：0表示成功，非零表示失败int unsetenv(const char *name);
功能：删除环境变量
返回值：0表示成功，非零表示失败int clearenv(void);
功能：清空环境变量

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