Linux编程（一）Linux相关知识和开发环境

一、介绍

Unix/Linux环境C语言，借助学习操作系统的接口的方法来学习、理解操作系统的运行机制以及一些网络协议
C/C++ 、数据结构和算法     与平台无关，重点是算法逻辑
Unix/Linux/Android/iOS     平台相关，系统接口
嵌入式/驱动/移植         硬件相关，硬件接口

二、Unix操作系统

丹尼斯·里奇、肯·汤普逊于1971左右在美国贝尔实验室，使用C语言开发了这款操作系统
系统的特点是多用户、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用服务器，也可以构建面向移动终端的、手持设备等相关的嵌入式应用

三大衍生版本
System V：银行、电信在使用的服务器系统
Berkley ：MacOS iOS带界面的
Hybrid:Minix、Linux

三、Linux操作系统

    类Unix系统，免费开源，它指的是系统的内核，凡是使用这种内核的操作系统都叫作Linux系统（发行版），严格意义上讲Linux指的是内核，隶属于GNU工程
    手机、平板电脑、路由器、视频游戏控制台、PC、大型计算机、超级计算机
    标志是一只企鹅，因为企鹅是南极的标志性动物，根据国际公约南极为全人类共同所有，所以Linux使用企鹅作为标志，也表明：开源的Linux为全人类共同所有，任何公司或个人无权将其私有
    Minix操作系统是一个微型的类Unix系统、免费开源，而Linux之父就是在参照这款操作系统，才写出了第一个版本的Linux内核代码
   GNU工程是自由软件基金会所创立的一个开源组织，基本原则就是共享，主旨是发展出一个有别于商业Unix的免费且完整的类Unix系统--GNU  Not UNIX.目前Linux内核由它进行维护，所以Linux也叫GNU Linux
  GPL通用公共许可证：允许对某些成果及派生成果重用、修改、复制，对所有人都是自由的，但不能声明做了原始工作，或声明由他人所做
  POSIX标准：Portable Operating System Interface of Unix,缩写为POSIX，统一的系统编程接口规范，它规定了操作系统以接口形式提供的功能的名字、参数、返回值，它保障了应用程序源码级的可移植性，而Linux完全遵循了这个标准

版本管理：
早期版本：0.01、0.02、。。。、0.09、1.0
旧计划：A 主版本号   cat  /proc/version    B 次版本号    C 补丁序号
新计划：A.B.C.D.E     D 构建次数     E 描述信息

特点：
多用户、多任务;遵循GNU/GPL具有开放性;设备独立性;丰富的网络功能;可靠的系统安全;良好的可移植性;

发行版：
Ubuntu/Fedora/Debian/Redhat/CentOS

四、GNU编译器

1.支持众多编程语言、平台
2.构建过程（C代码是如何变成可执行文件的）
预处理：把程序员所编译的C代码翻译成标准的C代码
编译：把预处理后的C代码翻译成汇编代码
汇编：把汇编代码翻译成二进制指令
链接：把若干个目标文件合并成一个可执行文件
3.查看版本
gcc -v

4.文件后缀

.h  头文件
.gch 头文件的编译结果，一般不要保留
.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 共享库文件

5.参数
-E 预处理
-S 产生汇编文件
-c 只编译不链接（只生成目标文件）
-o 指定编译结果的名字   输出文件
-Wall 产生尽可能多的警告
-Werror 把警告当作错误处理
-x 指定编译的语言
-g 生成调试信息
-On： -O1  -O2 。。 优化等级
-D 编译时定义宏
-l 小写l 链接里加库
-I 大写i 指定头文件的查找路径,配置环境变量
    1.打开 vim ~/.bashrc
    2.在文件末尾，添加一行，export C_INCLUDE_PATH=$C_INCLUDE_PATH:NEW_PATH  绝对路径
    3.重新加载配置文件 source ~/.bashrc
      注意：如果要删除环境变量需要在~/.bashrc文件中删除环境变量后，退出终端重新打开（没有立即有效）
6.预处理指令
#include 文件包含，区分 “ ” 和 <>
#define 定义宏常量和宏函数
# 把标识符转换成字符串 
## 合并标识符 
#undef 删除宏   
#line  指定当前行的行号
#if
#ifndef
#ifdef
#elif
#endif
#error  在编译期间产生错误
#warning  在编译期间产生警告
#pragma
    #pragma GCC dependency   +"文件名"    放在dome3.c 的main前    文件名的文件修改时间要早于dome3.c          用于监控文件，防止所依赖的文件，修改后而不知道
    #pragma GCC poison(毒) + goto   禁止使用goto  用于禁用某些标识符，变量
    #pragma pack(n)   设置结构、联合的补齐和对齐的字节数   对齐边界必须是2的较小次方  不能为3
              n 的值必须比默认值的要小  <4

五、库

库就是目标文件的集合，我们把不需要升级更新维护的代码打包合并在一起方便使用，也可以对源代码进行保密
静态库：在使用时是把被调用的代码复制到调用模块中，之后再执行程序时，静态库就不需要了
  静态库的执行速度快，但占用空间大，当库中的内容发生变化时，需要重新编译出新的程序，因此不能轻易修改库中的内容
共享库：只是在调用模块中嵌入调用代码的在库的相对位置的地址，当执行程序时，共享库会和程序一起加载到内存中，当执行到调用库中的代码的指令时跳转到共享中执行，执行完毕后在跳转回来
  占用空间小，方便更新（共享库发生变化后，程序不需要再次编译），相对于静态库执行效率略低
静态库的扩展名为 .a ,共享库（动态库）的扩展名为 .so

六、静态库

1.创建静态库
编写源代码：vi .c/.h
编译源代码：gcc -c xxx.c ->xxx.o
打包生成静态库：ar -r libxxx.a x1.0 x2.o ...   (*.o代替所有)   即： ar -r library.a *.o

ar命令的一些参数：
-r 把目标文件添加到静态库中，已经存在的更新
-q 将目标文件追加到静态库的末尾  ar -q libmath.a add.o
-d 删除目标文件   ar -d libmath.a add.o
-t 显示静态库中有哪些目标文件  ar -t libmath.a
-x 把静态库拆分成目标文件  ar -x libmath.a

2.调用静态库
第一种方法： 直接调用：调用者要和库在同一路径下
      gcc main.c libxxx.a     

第二种方法：设置环境：设置方法与C_INCLUDE_PATH类似      可以不在同一路径下
    1.打开 vim ~/.bashrc
    2.在文件末尾，添加一行，export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH:库文件的路径  （绝对路径）
    3.重新加载配置文件 source ~/.bashrc
    4.编译时要指定库名   gcc main.c -I./math（大写i） 

第三种方法加载库：设置编译参数：-L库路径
gcc main.c -L库路径
3.运行
./a.out

在编译时已经把被调函数的二进制复制到可执行文件中了，在执行时不再需要静态库文件

七、共享库

1.创建共享库
编写源代码：vi .c/.h
编译出位置无关目标文件：gcc -c -fpic xxx.c ->xxx.o   记录函数在共享库的第几个字节，更方便加入到可执行文件中
链接生成共享库：gcc -shared x1.0 x2.o ...   (*.o代替所有)   即： gcc -shared *.o -o libxxx.so
2.调用共享库
第一种方法： 直接调用：调用者要和库在同一路径下
      gcc main.c libxxx.so

第二种方法：设置环境：设置方法与C_INCLUDE_PATH类似
    1.打开 vim ~/.bashrc
    2.在文件末尾，添加一行，export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH:库文件的路径  （绝对路径)
    3.重新加载配置文件 source ~/.bashrc
    4.编译时要指定库名   gcc main.c -I./math
第三种方法加载库：设置编译参数：-L库路径
gcc main.c -L库路径
3.运行
在使用共享库时，调用者只是记录了被调用代码在库的位置，因此在执行时需要共享库同时被加载

八、动态加载共享库

#include

1.加载共享库
void *dlopen(const char *filename, int flag);
filename : 共享库的库名，或路径
flag：
RTLD_LAZY:使用时才加载
RTLD_NOW：立即加载
返回值：共享库的句柄（类似文件指针）

2.获取标识符在共享库中的地址并使用
void *dlsym(void *handle, const char *symbol);
handle：共享库的句柄
symbol：标识符的名字
返回值：标识符在共享库中的位置（地址，可以解引用，或跳转过去）

3.卸载共享库
  int dlclose(void *handle);
handle：共享库的句柄
返回值：成功返回0  失败返回-1

4.获取错误信息
 char *dlerror(void);
返回值:会把在使用共享库的过程中出现的错误，以字符串的形式返回

优先调用动态共享库，-static 可以先调用静态库

九、辅助工具

nm:查看目标文件、可执行文件、静态库、共享库中的符号列表   nm a.out
ldd:查看可执行程序所依赖的共享库有哪些    
strip:减肥，去除掉目标文件、可执行文件、静态库和共享库中的符号列表、调式信息 
 查看文件的大小： ls -l    去除：strip a.out
objdump : 显示二进制模块的反汇编信息   objdump -S a.out