C 语言编程
原著: Rick McMullin
什么是 C
GNU C 编译器
用 gdb 来调试GCC应用程序
你也能看到随 Linux 发行的其他有用的 C 编程工具. 这些工具包括源程序美化程序
(pretty print programs), 附加的调试工具,
函数原型自动生成工具(automatic function prototypers).
注意: 源程序美化程序(pretty print programs)自动帮你格式化源代码产生始终如
一的缩进格式.
什么是 C?
C 是一种在 UNIX 操作系统的早期就被广泛使用的通用编程语言. 它最早是由贝尔实
验室的 Dennis Ritchie 为了 UNIX
的辅助开发而写的, 开始时 UNIX 是用汇编语言和一种叫 B 的语言编写的. 从那时候起,
C 就成为世界上使用最广泛计算机语言.
C 能在编程领域里得到如此广泛支持的原因有以下一些:
它是一种非常通用的语言. 几乎你所能想到的任何一种计算机上都有至少一种能用的
C 编译器. 并且它的语法和函数库在不同的平台上都是统一的,
这个特性对开发者来说很有吸引力.
用 C 写的程序执行速度很快.
C 是所有版本的UNIX上的系统语言.
C 在过去的二十年中有了很大的发展. 在80年代末期美国国家标准协会(American
National Standards Institute)发布了一个被称为 ANSI C 的 C 语言标准.这更加保证
了将来在不同平台上的 C 的一致性. 在80年代还出现了一种 C
的面向对象的扩展称为 C++. C++ 将在另一篇文章 "C++ 编程"中描述.
Linux 上可用的 C 编译器是 GNU C 编译器, 它建立在自由软件基金会的编程许可
证的基础上, 因此可以自由发布. 你能在 Linux
的发行光盘上找到它.
GNU C 编译器
随 Slackware Linux 发行的 GNU C 编译器(GCC)是一个全功能的 ANSI C 兼容编译
器. 如果你熟悉其他操作系统或硬件平台上的一种 C 编译器, 你将能很快地掌握 GCC.
本节将介绍如何使用 GCC 和一些 GCC 编译器最常用的选项.
使用 GCC
通常后跟一些选项和文件名来使用 GCC 编译器. gcc 命令的基本用法如下:
gcc [options] [filenames]
命令行选项指定的操作将在命令行上每个给出的文件上执行. 下一小节将叙述一些
你会最常用到的选项.
GCC 选项
GCC 有超过100个的编译选项可用. 这些选项中的许多你可能永远都不会用到, 但一
些主要的选项将会频繁用到. 很多的 GCC 选项包括一个以上的字符.
因此你必须为每个选项指定各自的连字符, 并且就象大多数 Linux 命令一样你不能在一
个单独的连字符后跟一组选项. 例如, 下面的两个命令是不同的:
gcc -p -g test.c
gcc -pg test.c
第一条命令告诉 GCC 编译 test.c 时为 prof 命令建立剖析(profile)信息并且把
调试信息加入到可执行的文件里. 第二条命令只告诉
GCC 为 gprof 命令建立剖析信息.
当你不用任何选项编译一个程序时, GCC 将会建立(假定编译成功)一个名为 a.out
的可执行文件. 例如, 下面的命令将在当前目录下产生一个叫
a.out 的文件:
gcc test.c
你能用 -o 编译选项来为将产生的可执行文件指定一个文件名来代替 a.out. 例如,
将一个叫 count.c 的 C 程序编译为名叫 count
的可执行文件, 你将输入下面的命令:
gcc -o count count.c
注意: 当你使用 -o 选项时, -o 后面必须跟一个文件名.
GCC 同样有指定编译器处理多少的编译选项. -c 选项告诉 GCC 仅把源代码编译为目
标代码而跳过汇编和连接的步骤.
这个选项使用的非常频繁因为它使得编译多个 C 程序时速度更快并且更易于管理. 缺省
时 GCC 建立的目标代码文件有一个 .o 的扩展名.
-S 编译选项告诉 GCC 在为 C 代码产生了汇编语言文件后停止编译. GCC 产生的
汇编语言文件的缺省扩展名是 .s . -E
选项指示编译器仅对输入文件进行预处理. 当这个选项被使用时, 预处理器的输出被送
到标准输出而不是储存在文件里.
优 化 选 项
当你用 GCC 编译 C 代码时, 它会试着用最少的时间完成编译并且使编译后的代码
易于调试. 易于调试意味着编译后的代码与源代码有同样的执行次序,
编译后的代码没有经过优化. 有很多选项可用于告诉 GCC 在耗费更多编译时间和牺牲易
调试性的基础上产生更小更快的可执行文件. 这些选项中最典型的是-O 和
-O2 选项.
-O 选项告诉 GCC 对源代码进行基本优化. 这些优化在大多数情况下都会使程序执
行的更快. -O2 选项告诉 GCC 产生尽可能小和尽可能快的代码.
-O2 选项将使编译的速度比使用 -O 时慢. 但通常产生的代码执行速度会更快.
除了 -O 和 -O2 优化选项外, 还有一些低级选项用于产生更快的代码. 这些选项
非常的特殊, 而且最好只有当你完全理解这些选项将会对编译后的代码产生什么样的
效果时再去使用. 这些选项的详细描述, 请参考 GCC 的指南页, 在命令行上键入
man gcc
.
调试和剖析选项
GCC 支持数种调试和剖析选项. 在这些选项里你会最常用到的是 -g 和 -pg 选项.
-g 选项告诉 GCC 产生能被 GNU 调试器使用的调试信息以便调试你的程序. GCC
提供了一个很多其他 C 编译器里没有的特性, 在 GCC
里你能使 -g 和 -O (产生优化代码)联用. 这一点非常有用因为你能在与最终产品尽
可能相近的情况下调试你的代码.
在你同时使用这两个选项时你必须清楚你所写的某些代码已经在优化时被 GCC 作了改
动. 关于调试 C 程序的更多信息请看下一节"用 gdb 调试 C 程序" .
-pg 选项告诉 GCC 在你的程序里加入额外的代码, 执行时, 产生 gprof 用的剖析
信息以显示你的程序的耗时情况. 关于 gprof
的更多信息请参考 "gprof" 一节.
用 gdb 调试 GCC 程序
Linux 包含了一个叫 gdb 的 GNU 调试程序. gdb 是一个用来调试 C 和 C++ 程序
的强力调试器. 它使你能在程序运行时观察程序的内部结构和内存的使用情况. 以下是
gdb 所提供的一些功能:
它使你能监视你程序中变量的值.
它使你能设置断点以使程序在指定的代码行上停止执行.
它使你能一行行的执行你的代码.
在命令行上键入 gdb 并按回车键就可以运行 gdb 了, 如果一切正常的话, gdb
将被启动并且你将在屏幕上看到类似的内容:
GDB is free software and you are welcome to distribute copies of it
under certain conditions; type "show copying" to see the conditions.
There is absolutely no warranty for GDB; type "show warranty" for details.
GDB 4.14 (i486-slakware-linux), Copyright 1995 Free Software Foundation, Inc.
(gdb)
当你启动 gdb 后, 你能在命令行上指定很多的选项. 你也可以以下面的方式来运行
gdb :
gdb
当你用这种方式运行 gdb , 你能直接指定想要调试的程序. 这将告诉gdb 装入名为
fname 的可执行文件. 你也可以用 gdb 去检查一个因程序异常终止而产生的 core 文
件, 或者与一个正在运行的程序相连. 你可以参考 gdb 指南页或在命令行上键入 gdb -h
得到一个有关这些选项的说明的简单列表.
为调试编译代码(Compiling Code for Debugging)
为了使 gdb 正常工作, 你必须使你的程序在编译时包含调试信息. 调试信息包含你
程序里的每个变量的类型和在可执行文件里的地址映射以及源代码的行号.
gdb 利用这些信息使源代码和机器码相关联.
在编译时用 -g 选项打开调试选项.
gdb 基本命令
gdb 支持很多的命令使你能实现不同的功能. 这些命令从简单的文件装入到允许
你检查所调用的堆栈内容的复杂命令, 表27.1列出了你在用 gdb
调试时会用到的一些命令. 想了解 gdb 的详细使用请参考 gdb 的指南页.
表 27.1. 基本 gdb 命令.
命 令描 述
file装入想要调试的可执行文件.
kill终止正在调试的程序.
list列出产生执行文件的源代码的一部分.
next执行一行源代码但不进入函数内部.
step执行一行源代码而且进入函数内部.
run执行当前被调试的程序
quit终止 gdb
watch使你能监视一个变量的值而不管它何时被改变.
break在代码里设置断点, 这将使程序执行到这里时被挂起.
make使你能不退出 gdb 就可以重新产生可执行文件.
shell使你能不离开 gdb 就执行 UNIX shell 命令.
gdb 支持很多与 UNIX shell 程序一样的命令编辑特征. 你能象在 bash 或 tcsh里
那样按 Tab 键让 gdb 帮你补齐一个唯一的命令, 如果不唯一的话 gdb 会列出所有匹配
的命令. 你也能用光标键上下翻动历史命令.
gdb 应用举例
本节用一个实例教你一步步的用 gdb 调试程序. 被调试的程序相当的简单, 但它展
示了 gdb 的典型应用.
下面列出了将被调试的程序. 这个程序被称为 greeting , 它显示一个简单的问候,
再用反序将它列出.
#include
main ()
{
char my_string[] = "hello there";
my_print (my_string);
my_print2 (my_string);
}
void my_print (char *string)
{
printf ("The string is %s\n", string);
}
void my_print2 (char *string)
{
char *string2;
int size, i;
size = strlen (string);
string2 = (char *) malloc (size + 1);
for (i = 0; i < size; i++)
string2[size - i] = string[i];
string2[size+1] = `\0';
printf ("The string printed backward is %s\n", string2);
}
用下面的命令编译它:
gcc -o test test.c
这个程序执行时显示如下结果:
The string is hello there
The string printed backward is
输出的第一行是正确的, 但第二行打印出的东西并不是我们所期望的. 我们所
设想的输出应该是:
The string printed backward is ereht olleh
由于某些原因, my_print2 函数没有正常工作. 让我们用 gdb 看看问题究竟
出在哪儿, 先键入如下命令:
gdb greeting
注意: 记得在编译 greeting 程序时把调试选项打开.
如果你在输入命令时忘了把要调试的程序作为参数传给 gdb , 你可以在 gdb
提示符下用 file 命令来载入它:
(gdb) file greeting
这个命令将载入 greeting 可执行文件就象你在 gdb 命令行里装入它一样.
这时你能用 gdb 的 run 命令来运行 greeting 了. 当它在 gdb 里被运行后结果
大约会象这样:
(gdb) run
Starting program: /root/greeting
The string is hello there
The string printed backward is
Program exited with code 041
这个输出和在 gdb 外面运行的结果一样. 问题是, 为什么反序打印没有工作?
为了找出症结所在, 我们可以在 my_print2 函数的 for
语句后设一个断点, 具体的做法是在 gdb 提示符下键入 list 命令三次, 列出源代码:
(gdb) list
(gdb) list
(gdb) list
技巧: 在 gdb 提示符下按回车健将重复上一个命令.
第一次键入 list 命令的输出如下:
1 #include
2
3 main ()
4 {
5 char my_string[] = "hello there";
6
7 my_print (my_string);
8 my_print2 (my_string);
9 }
10
如果按下回车, gdb 将再执行一次 list 命令, 给出下列输出:
11 my_print (char *string)
12 {
13 printf ("The string is %s\n", string);
14 }
15
16 my_print2 (char *string)
17 {
18 char *string2;
19 int size, i;
20
再按一次回车将列出 greeting 程序的剩余部分:
21 size = strlen (string);
22 string2 = (char *) malloc (size + 1);
23 for (i = 0; i < size; i++)
24 string2[size - i] = string[i];
25 string2[size+1] = `\0';
26 printf ("The string printed backward is %s\n", string2);
27 }
根据列出的源程序, 你能看到要设断点的地方在第24行, 在 gdb 命令行提
示符下键入如下命令设置断点:
(gdb) break 24
gdb 将作出如下的响应:
Breakpoint 1 at 0x139: file greeting.c, line 24
(gdb)
现在再键入 run 命令, 将产生如下的输出:
Starting program: /root/greeting
The string is hello there
Breakpoint 1, my_print2 (string = 0xbfffdc4 "hello there") at greeting.c :24
24 string2[size-i]=string[i]
你能通过设置一个观察 string2[size - i] 变量的值的观察点来看出错误是怎
样产生的, 做法是键入:
(gdb) watch string2[size - i]
gdb 将作出如下回应:
Watchpoint 2: string2[size - i]
现在可以用 next 命令来一步步的执行 for 循环了:
(gdb) next
经过第一次循环后, gdb 告诉我们 string2[size - i] 的值是 `h`. gdb
用如下的显示来告诉你这个信息:
Watchpoint 2, string2[size - i]
Old value = 0 `\000'
New value = 104 `h'
my_print2(string = 0xbfffdc4 "hello there") at greeting.c:23
23 for (i=0; ibr> 这个值正是期望的. 后来的数次循环的结果都是正确的. 当 i=10 时,
表达式 string2[size - i] 的值等于 `e`, size - i 的值等于 1, 最后
一个字符已经拷到新串里了.
如果你再把循环执行下去, 你会看到已经没有值分配给 string2[0] 了,
而它是新串的第一个字符, 因为 malloc 函数在分配内存时把它们初始化为
空(null)字符. 所以 string2 的第一个字符是空字符. 这解释了为什么在打
印 string2 时没有任何输出了.
现在找出了问题出在哪里, 修正这个错误是很容易的. 你得把代码里写入
string2 的第一个字符的的偏移量改为 size - 1 而不是 size.
这是因为 string2 的大小为 12, 但起始偏移量是 0, 串内的字符从偏移量 0
到 偏移量 10, 偏移量 11 为空字符保留.
为了使代码正常工作有很多种修改办法. 一种是另设一个比串的实际大小
小 1 的变量. 这是这种解决办法的代码:
#include
main ()
{
char my_string[] = "hello there";
my_print (my_string);
my_print2 (my_string);
}
my_print (char *string)
{
printf ("The string is %s\n", string);
int size, size2, i;
size = strlen (string);
size2 = size -1;
string2 = (char *) malloc (size + 1);
for (i = 0; i < size; i++)
注意: 在你的系统上安装 calls , 以超级用户身份登录后执行下面的步骤:
1. 解压和 untar 文件.
2. cd 进入 calls untar 后建立的子目录.
3. 把名叫 calls 的文件移动到 /usr/bin 目录.
4. 把名叫 calls.1 的文件移动到目录 /usr/man/man1 .
5. 删除 /tmp/calls 目录. 这些步骤将把 calls 程序和它的指南页安装载你的系统上.
当 calls 打印出调用跟踪结果时, 它在函数后面用中括号给出了函数所在文件的
文件名: main [test.c]
如果函数并不是向 calls 给出的文件里的, calls 不知道所调用的函数来自哪
里, 则只显示函数的名字:
printf
calls 不对递归和静态函数输出. 递归函数显示成下面的样子:
fact <<< recursive in factorial.c >>>
静态函数象这样显示:
