【Linux】Linux编程基础（vi、gcc、gdb）

编写一个程序，首先是程序的录入，然后是程序的编译，最后是程序的调试。本文介绍进行这三步工作的主要工具：vi、gcc、gdb。

编辑器介绍

Linux提供了一个完整的编辑器家族系列。按功能可以分为两大类：行编辑器（Ed、Ex）和全屏幕编辑器（vi、Emacs）。行编辑器每次只能队一行进行操作，而全屏幕编辑器可以对整个屏幕进行编辑。

vi介绍

vi是全屏幕编辑器中的一种，它有三种模式，分别为命令行模式、插入模式、底行模式。

命令行模式：在使用vi编辑器编辑文件时，最初进入的是一般命令行模式。在该模式下，用户可以通过上下移动光标进行删除字符或整行删除等操作，也可以进行复制、粘贴等操作，但无法编辑文字；
插入模式：在该模式下，用户才能进行文字的编辑输入，可以通过ESC键回到命令行模式；
底行模式：在该模式下，光标位于屏幕的底行。用户可以进行文件保存或退出操作，也可以设置编辑环境，例如寻找字符串、列出行号等。

vi的各模式功能键

命令行模式下的常见功能键：

vi命令行模式功能键
功能键	含义
i	切换到插入模式，此时光标位于开始输入文件处
a	切换到插入模式，并从目前光标所在位置的下一个位置开始输入文字
O	切换到插入模式，且从行首开始插入新的一行
Ctrl+b	屏幕往后翻动一页
Ctrl+f	屏幕往前翻动一页
Ctrl+u	屏幕往后翻动半页
Ctrl+d	屏幕往前翻动半页
0	光标移到本行的开头
G	光标移动到输入文件的最后
nG	光标移动到第n行
$	光标移动到所在行的“行尾”
n<Enter>	光标向下移动n行
/name	光标之后查找name的字符串
?name	光标之前查找name的字符串
x	删除光标所在位置的“后面”一个字符
dd	删除光标所在行
ndd	从光标所在行开始往下删除n行
yy	赋值光标所在行
nyy	赋值光标所在行开始的下面n行
p	将缓冲区内的字符粘贴到光标所在的位置
u	恢复之前的一个动作

插入模式下的功能键只有1个，按ESC键返回命令行模式。

在命令行模式下，按“Shift+：”进入底行模式。底行模式下常见功能键：

底行模式下常见功能键
功能键	含义
:w	将编辑的文件保存在磁盘中
:q	退出vi（系统对修改过的文件给出保存提示）
:q!	强制退出vi（不给提示）
:wq	存盘后退出
:w[filename]	另存一个名为filename的文件
:set nu	显示行号
:set nonu	取消行号显示

其实经过试验，在命令行模式下，就不要用鼠标，所有的东西都通过命令来完成。如果不是vi命令行模式下的功能键，会使vi进入到插入模式。

程序编译与调试

嵌入式系统开发常用的编译工具是gcc，调试工具是gdb，下面一一介绍。

gcc是GNU项目中符合ANSIC标准的编译工具，能够编译由C、C++和Object C等语言编写的程序。gcc又是一个交叉平台编译器，它能够在当前CPU平台上为多种不同体系结构的硬件平台开发软件，因此尤其适合嵌入式领域的开发编译。

下表示gcc支持编译的源文件的后缀名及其解释：

gcc支持编译的源文件的后缀名及其解释
后缀名	对应语言	后缀名	对应语言
.c	C源程序	.s/.S	汇编语言源程序
.C/.cc/.cxx	C++源程序	.h	预处理文件
.m	Object-C源程序	.o	目标文件
.i	经过预处理的C源程序	.a/.so	编译后的库文件
.ii	经过预处理的C++源程序

gcc编译流程

gcc的编译流程分为四个步骤：预处理->编译->汇编->链接。

预处理阶段：编译器将.c代码的stdio.h编译进来，并且用户可以使用gcc的选项“-E”进行查看，该选项的作用是让gcc在预处理结束后停止编译过程；
编译阶段：在编译阶段中，gcc首先要检查代码的规范性以及是否有语法错误等，已确定代码实际要做的工作，在检查无误后，gcc把代码翻译成汇编语言。用户可以使用“-S”选项进行查看，该选项只进行编译而不进行汇编，生成汇编代码；
汇编阶段：汇编阶段是把编译阶段生成的“.s”文件转换成目标文件，用户可使用选项“-c”查看汇编代码转化的后缀名为“.o”的二进制目标代码；
链接阶段：编译成功后，就进入了链接阶段。库函数一般分为静态库和动态库两种。

静态库和动态库的区别：

静态库在编译链接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，因此生成的文件比较大，但在运行时就再也不需要库文件了，其后缀名一般为“.a”；
动态库在编译链接时并没有把库函数的代码加入到可执行文件中，而是在程序执行时由运行时链接文件加载库，这样可以节省系统的开销，动态库的后缀名一般为“.so”。

gcc在编译时，默认使用动态库。

gcc编译选项分析

gcc有100多个可用选项，主要包括总体选项、告警和出错选项、优化选项和系统结构相关选项。下面对每一类中最常用的选项进行介绍。

gcc总体选项
后缀名	对于的语言
-c	只汇编不链接，生成目标文件“.o”
-S	只编译不汇编，生成汇编代码“.s”
-E	只预处理不编译，生成文件“.i”
-g	在可执行程序中包含标准调试信息
-o file	将文件输出到file里
-v	打印编译器内部各编译过程的命令行信息
-I dir	在头文件的搜索路径列表中添加dir目录
-L dir	在库函数的搜索路径列表中添加dir目录
-static	链接静态库
-l library	链接名为library的库文件

gcc告警和出错选项
选项	含义
-ansi	支持符合ANSI标准的C程序
-pedantic	允许发出ANSIC标准所列的全部告警信息
-pedantic-error	允许发出ANSIC标准所列的全部错误信息
-w	关闭所有告警
-Wall	允许发出gcc提供的所有有用的报警信息
-werror	把所有的告警信息转换为错误信息，并在告警发生时终止编译过程

gcc可以对代码进行优化，它通过编译选项“-On”控制优化代码的生成，其中n是一个代表优化级别的整数。对于不同版本的gcc，n的取值范围及其对应的优化效果可能并不完全相同，比较典型的范围是0-2或0-3。

不同的优化级别对应不同的优化处理工作。例如：优化选项“-O1”主要进行线程跳转和延迟退栈两种优化；优化选项“-O2”除了完成所有的“-O1”级别的优化之外，还要进行一些额外的调整工作，例如处理器指令调度等；优化选项“-O3”则还包括循环开展和其他一些与处理器特性相关的优化工作。

gcc体系结构相关选项
选项	含义
-mieee-fp/-mno-ieee-fp	使用/不使用IEEE标准进行浮点数的比较
-msoft-float	输出包含浮点库调用的目标代码
-mshort	将int类型作为16位处理，相当于short int
-mrtd	强行将函数参数固定的函数用ret NUM返回，节省调用函数的一条指令
-mcpu=type	针对不同的CPU使用相应的CPU指令。可选择的type有i386、i486、pentium、i686等

gcc指令的一般格式为：

gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]

例如：

gcc hello.c -o hello                        //将hello.c生成可执行文件（链接动态库）
gcc -static hello.c -o hello                 //将hello.c生成可执行文件（链接静态库）
gcc -E hello.c -o hello.i                    //将hello.c只进行预处理，不做其他处理
gcc -S hello.i -o hello.s                    //将hello.i只编译不汇编，生成汇编代码
gcc -c hello.s -o hello.o                    //将hello.s只编译不链接
gcc hello.o -o hello                        //将hello.o链接到函数库，生成可执行文件

[root@localhost ~]# ./filename                //执行可执行文件filename
[root@localhost ~]# cat filename                //将文件filename内容输出到标准输出设备（屏幕）上

这里区分一些gcc和g++：

gcc和g++都是GNU（一个组织）的编译器。

对于.c后缀的文件，gcc把它当做是C程序，g++当做是C++程序；
对于.cpp后缀的文件，gcc和g++都会当做c++程序；
编译阶段，g++会调用gcc（也就是说）；
连接阶段，通常会用g++来完成，这是因为gcc命令不能自动和c++程序使用的库连接。

也就是说：

gcc可以用来编译c++但是它不会自动调用链接的c++库，需要自己手动链接，使用如下命令： gcc -lstdc++ main.cpp；g++则会自动调用链接的c++库，使用的也是gcc命令。但是gcc在编译c程序的时候，它会自动链接c库的。
gcc可以根据后缀名为.c或.cpp分别按c程序和c++程序来编译；但是g++无论是.c或.cpp都统一按c++程序来编译。而且g++在编译的过程中，其实是调用gcc按照c++程序来编译的。即编译工作最终都是由gcc来完成的。

gdb程序调试

gdb作为GNU开发组织发布的一个UNIX/LINUX下的程序调试工具，提供了强大的调试功能。

由于gdb的目录很复杂，所以就先留个空，以后学习的时候来补。