linux系统编程2(vim,gcc,静态库，动态库，GDB)

linux系统编程2(vim,gcc,静态库，动态库，GDB)

1vim编辑器

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。

1.1 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。

1.1.1 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vim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。

1.1.2 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。

1.1.3 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。

1.2 vim教程

[wiggins@localhost blog]$ vimtutor

1.3 vim基本操作

1.3.1 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(大写i)	光标所在行首插入文字
o	光标下一行插入文字(新行)
O(大写o)	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
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(ESC退出替换模式)

• 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

1.3.2 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(扩展)

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)

• 5. 配置文件

局部配置文件（推荐）

[wiggins@localhost blog]$ vim ~/.vimrc

全局配置文件:

[wiggins@localhost blog]$ sudo vim /etc/vim/vimrc

2 GCC编译器

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

2.1 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：

gcc工作的流程

[wiggins@localhost blog]$ ls 1hello.c

• 第一步: 进行预处理

[wiggins@localhost blog]$ gcc -E 1hello.c -o 1hello.i

• 第二步: 生成汇编文件

[wiggins@localhost blog]$ gcc -S 1hello.i -o 1hello.s

• 第三步: 生成目标代码

[wiggins@localhost blog]$ gcc -c 1hello.s -o 1hello.o

• 第四步: 生成可以执行文件

[wiggins@localhost blog]$ gcc 1hello.o -o 1hello 

第五步: 执行

[wiggins@localhost blog]$./1hello hello itcast

gcc常用选项

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

3. 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。

3.1动态库制作与使用

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

本次静态库建立加减乘除四个函数库，即建立四个文件分别为add.c, sub.c, mul.c和div.c 。再建立实现依赖文件main.c 。
add.c

   #include <stdio.h>
   
  int add(int a, int b)
  {
      return a+b;
  }

sub.c

#include<stdio.h>

int sub(int a, int b)
{
   return a-b;
 }

mul.c

#include <stdio.h>

int mul(int a, int b)
{
    return a*b;
}

div.c

#include<stdio.h>

int div(int a, int b)
{
    if(b==0)
    {   
        return -1; 
    }   
    return a/b;
}

main.c

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a = 10, b = 10; 
    printf("a = %d, b = %d\r\n",a ,b);
    printf("a + b = %d\r\n", add(a, b)); 
    printf("a - b = %d\r\n", sub(a, b));
    printf("a * b = %d\r\n", mul(a, b));
    printf("a / b = %d\r\n", div(a, b));
    return 0;
}

步骤1：将c源文件生成对应的.o文件

[wiggins@localhost lib]$ gcc -c add.c -o add.o
[wiggins@localhost lib]$ gcc -c sub.c -o sub.o
[wiggins@localhost lib]$ gcc -c mul.c -o mul.o
[wiggins@localhost 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

[wiggins@localhost 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文件和头文件一起发布给用户。

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：

[wiggins@localhost lib]$ gcc main.c -L./ -I./ -ltest -o test
[wiggins@localhost lib]$ ./test 

参数说明：

-L：表示要连接的库所在目录
-I./: I(大写i) 表示指定头文件的目录为当前目录
-l(小写L)：指定链接时需要的库，去掉前缀和后缀

3.2. 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）

[wiggins@localhost lib]$ gcc -fPIC -c add.c
[wiggins@localhost lib]$ gcc -fpic -c sub.c
[wiggins@localhost lib]$ gcc -fpic -c mul.c
[wiggins@localhost 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）

[wiggins@localhost lib]$ gcc -shared add.o sub.o mul.o div.o -o libvoltest.so

步骤三: 通过nm命令查看对应的函数

[wiggins@localhost lib]$ nm libtest.so | grep add 00000000000006b0 T add 
[wiggins@localhost lib]$ nm libtest.so | grep sub 00000000000006c4 T sub

ldd查看可执行文件的依赖的动态库

[wiggins@localhost lib]$ ldd test linux-vdso.so.1 => (0x00007ffcf89d4000) libtest.so => /lib/libtest.so (0x00007f81b5612000) libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f81b5248000) /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00005562d0cff000)

2）动态库测试

在测试之前需要告诉编译器去哪找这个动态库，所以需要设置动态库路径。方法如下，选择一种方法使用即可。

• 方法一、拷贝自己制作的共享库到/lib或者/usr/lib(不能是/lib64目录)

• 方法二、临时设置LD_LIBRARY_PATH：

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:库路径

• 方法三永久设置,

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:库路径

把该路径设置到~/.bashrc或者 /etc/profile文件中

[wiggins@localhost lib]$vim ~/.bashrc

最后一行添加如下内容:

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/wiggins/share/blog/lib

使环境变量生效

[wiggins@localhost lib]$source ~/.bashrc [wiggins@localhost lib]$./voltest

• 方法四、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sudo ldconfig -v，该命令会重建/etc/ld.so.cache文件

[wiggins@localhost lib]$ sudo vim /etc/ld.so.conf

文件最后添加动态库路径(绝对路径)

使生效

[wiggins@localhost lib]$ sudo ldconfig -v

• 方法五、使用符号链接， 但是一定要使用绝对路径

[wiggins@localhost lib]$ sudo ln -s /home/wiggins/share/blog/lib/libvoltest.so /lib/libvoltest.so

完成以上一种后开始进行动态编译，引用动态库编译成可执行文件（跟静态库方式一样）

[wiggins@localhost lib]$ gcc main.c -L./ -I./ -lvoltest -o voltest
[wiggins@localhost lib]$ ./voltest 

4. GDB调试器

4.1 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：

1. 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。
2. 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）
3. 当程序被停住时，可以检查此时你的程序中所发生的事。
4. 动态的改变你程序的执行环境。

4.2 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。

4.3 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。

4.3 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。

4.4 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

1. info b
2. info break
3. i break
4. i b

4.5 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

4.6 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。

4.7 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

4.8 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

4.9 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。

4.10 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