Linux系统：开发工具

开发工具

如 Visual Studio、IDEA 这样的集编写编译调试运行以及各种复杂功能于一身的开发工具，叫做集成开发环境 IDE。Linux 下一般使用代码编辑工具 vi/vim，编译工具 gcc/g++，调试工具 gdb。

1. 编辑工具 vim

vim，它是一款十分强大的多模式的文本编辑器，所有的类 unix 系统都会内置 vi 编辑器，目前使用较多的是 vim 编辑器，是 vi 的升级版。

虽说 vim 是个文本编辑器，但它更专注于代码的编写，具有语法高亮等功能。

$ vim fileName # 使用vim打开文件，文件不存在则会创建文件。

1.1 vim 的基本模式

vim 基本的模式有三：命令模式（normal mode）插入模式（insert mode）底行模式（command mode），vim 启动默认进入命令模式。

• 命令模式下输入i可以进入输入模式，再按Esc键就可以回退到命令模式。
• 命令模式下输入:即可进入底行模式，再按Esc键就可以回退到命令模式。
• 底行模式下输入wq可以保存退出。

知悉上述基本的模式切换方法后，再逐个介绍模式。

命令模式（normal）

vim 启动默认进入命令模式。此状态下敲击键盘动作会被 Vim 识别为命令，而非输入字符。

可进行的操作有：控制光标移动，字符、单词或行的删改，移动或复制粘贴文本内容，切换到插入或底行模式。

底行模式（command）

命令模式只有一些最基本的命令，因此仍要依靠底线命令模式输入更多命令。

命令模式下输入

:

即可进入底行模式，底线命令模式可以输入多个字符的命令，可用的命令非常多。

插入模式（insert）

文本编辑模式。一般要先退回到命令模式才能进到底行模式。

vim 总共有13种模式，但这三个基本模式已经能满足我们大部分需求，其他模式会在之后的使用中学习。

1.2 vim 一般模式命令集

切换模式

• 切换到插入模式：i,a,o，进入底行模式：Esc。
• i是从光标的位置开始输入，a选项会将光标向后移动一位，o选项在所在行下方另起一行。
• Esc退回到命令模式后并光标向前移动一位。

光标移动

• ⬅H、⬇J、⬆K、➡L，相当于方向键。
• 光标锚点跳至行首^、行尾$；跳至文章起始gg、末尾G；跳至指定行n+gg/n+G。
• 移动到下一个单词的起始w，移动到单词的末尾e，反向单词距移动b。（字符、字母、字母数字组合都被视为单词）
• Ctrl+B光标向下翻页，Ctrl+F向上翻页；Ctrl+U向下移动半页，Ctrl+D向上移动半页。

删改内容

• 删除当前字符x，删除多个字符n+x；反向删除字符X，反向删多个字符n+X。
• 删除单词dw，删除当前行dd。
• 替换当前字符r，替换多个字符n+r，进入替换模式R。
• 修改当前单词cw，修改多个单词cnw。
• 字母大小写转换~。

移动或复制内容

• 复制当前单词yw，复制多个单词n+yw。
• 复制当前行yy，复制多行n+yy。
• 剪切/删除当前行dd，剪切/删除多行n+dd。
• 粘贴到当前行下方p，粘贴多次n+p。

撤销或恢复内容

• 撤销操作u。
• 恢复操作Ctrl+r。

批量化注释或放开内容

• 批量化注释 1. 先将光标移动到待注释的内容的起始行，2. 再shift+i将光标移动到行首并进入插入模式，3. 再Ctrl+v进入行可视化模式，4. 然后jk控制光标移动到待注释的内容的结束行，5. 最后输入行注释//，再按Esc回到命令模式。
• 批量化放开 1. 先将光标移动到待注释的内容的起始行，2. 其次shift+6将光标移动到行首，3. 再Ctrl+v进入行可视化模式，4. 然后jk控制光标移动到待注释的内容的结束行，再hl横向移动光标扩选行首的//。5. 最后输入d就能将所选行的行首注释标识删除。

1.3 vim 底行模式命令集

底行模式命令有很多，目前掌握这几个就行。

保存退出

• 底行模式下输入w可以保存文件，输入q可以退出程序。带上!表示强制执行。

显式行号

• 显示行号set nu，取消行号set nonu。
• 跳转至某行，输入行号n即可。

多文件操作

• 分屏操作多个文件vs fileName，切换操作文件/光标Ctrl+w+w。

查找字符

1. /Keyword，输入/再输入查找的字符，在按n可以跳转至下一个关键字所在位置。
2. ?keyword，输入/再输入查找的字符，在按n可以跳转至上一个关键字所在位置。
3. 可直接使用shift+*，查找当前光标所在的单词。

Vim 从入门到精通 (github.com)

最全 Vim 键位图 (runoob.com)

2. 编译工具 gcc/g++

gcc/g++ 分别是 C/C++ 的编译器。

$ gcc [选项] 编译文件 [选项] 目标文件 
$ g++ [选项] 编译文件 [选项] 目标文件

接下来将通过使用 gcc 分段编译程序，来熟悉 gcc/g++ 的使用。

2.1 C/C++编译基本步骤

前面已经学过 C/C++ 程序基本的编译过程，也使用过 gcc 进行查看程序的翻译步骤：

1. 预处理（进行宏替换）
2. 编译（生成汇编代码）
3. 汇编（生成二进制目标文件）
4. 链接（生成可执行文件或库文件）

预处理

预处理的功能主要包括替换宏，文件包含，条件编译，删除注释等。

$ gcc -E test.c -o test.i # 完成预处理

选项

-E

让翻译在预处理结束后停下来，预处理完的文件一般后缀为

.i

。

编译

编译时，gcc 会检查代码规范、语法错误，确定代码所做的工作，检查无误后 gcc 会生成汇编代码。

$ gcc -S test.i -o test.s # 完成编译

编译阶段会生成汇编代码，以供接下来的汇编阶段使用。一般编译结束生成的代码文件的后缀为

.s

。

汇编

汇编阶段将编译所形成的汇编代码生成目标文件，也就是二进制文件。

$ gcc -c test.s -o test.o # 完成汇编

虽然生成的是二进制目标文件，但仍然不可直接运行，准确的来说该文件是可重定向目标文件。

链接

上述编译过程结束，最后要进行链接。链接完成之后，就生成了可执行文件。

$ gcc test.o -otest# 完成链接

链接是将本文件和项目中其他源文件或者库文件链接在一起。如图所示：

通常写程序时，就

include

了语言本身所提供的链接库文件，至于链接库文件到底是什么，接下来会讲解。

当然编译 C/C++ 程序，不需要上述这么复杂，直接执行即可：

$ gcc test.c -otest
$ gcc -otest test.c 

2.2 链接库

函数库的概念

语言本身会提供语言级别的库，库可以看成一套头文件和一套库文件。可以通过引用对应的头文件，来使用这些库。

使用

lld

命令可以查看可执行程序所依赖的第三方库：

Linux 下的 C 静态库叫作

libcxxx.a

，动态库叫做

libcxxx.so

。一般去掉前后缀，

xxx

就是库名。

将用户所写的程序文件和第三方库提供的方法关联起来，这就叫链接。链接又分为静态链接和动态链接。

由上图可以看出，gcc 默认采用动态链接的方式生成的可执行程序。

$ gcc test.c -otest# 默认动态方式
$ gcc test.c -o test_static -static# 采用静态方式

静动态链接两者最大的区别就在于链接的时机不一样，静态链接是在形成可执行程序前，而动态链接是在程序执行时。

静态链接

链接要确定多文件相互调用函数的地址，静态链接会将库的内容拷贝到可执行程序中。然后才能生成可执行程序文件，所以说静态链接发生在形成可执行程序之前。

由上图可以看出，静态链接生成的文件比动态链接的体积大得多。

静态链接的缺点：

1. 浪费空间，链接会将库内容放入目标文件，文件体积较大。每个程序文件都会加入库的内容，造成空间浪费。
2. 更新较为麻烦，每次修改库的源码，都要重新链接库生成新可执行程序。

静态链接的优点：

可执行程序中已经具备了所有需要的东西，不需要到其他文件中查找，在执行的时候运行速度快。

动态链接

动态链接把程序按模块拆分成独立的部分，并把链接这个过程推迟到了运行时再进行，运行时由操作系统的装载程序加载库。

运行程序1时会将程序1加载到内存中，然后再加载所需库文件，再运行程序2时，内存中已有库文件就不会再次加载，直接链接到程序2中即可。

动态链接的优点：

1. 避免空间浪费，即使多个程序依赖于同一个库，库内容不会在内存中存在多份，而是多个程序执行时共享。
2. 维护比较方便，只要替换原库文件，运行程序时，系统会自动使用新库进行链接。库和程序相互独立，更新库不会对程序造成影响，提高了可维护性和可扩展性。

动态链接的缺点：

链接推迟到程序运行时，每次执行程序都需要进行链接，性能有一定损失，运行速度相对慢一点。

深入浅出静态链接和动态链接 (csdn.net)

2.3 gcc 选项

• -static 采用静态链接。
• -g 生成调试模式生成程序。
• -shared 此选项将尽量使用动态库，所以生成文件比较小，但是需要系统由动态库。
• -O0,-O1,-O2,-O3 编译器的4个优化级别，–O0没有优化,–O1为缺省值，–O3优化级别最高。
• -w 不生成任何警告信息，-Wall 生成所有警告信息。

3. 调试工具 gdb

gdb 是 Linux 下用于调试代码的工具，这个工具成本高难度也不低且不是很方便直观但仍需掌握。

3.1 背景知识

生成程序有两种模式：Debug 和 Release 模式。

Linux 下 gcc/g++ 编译出的可执行程序，默认是 Release 模式。要使用 gdb 调试，必须在代码编译的时候加上调试信息。

$ gcc test.c -o test_debug -g# 加上调试信息

$ gdb test_debug              # 进入gdb调试(gdb) quit                    # 退出gdb

3.2 gdb 选项

调试命令（debug）

名称命令解释开始运行

run

相当于开始调试

F5

，会运行至程序结束逐语句

step

相当于

F11

，有函数会进入函数内部逐过程

next

相当于

F10

，不会进入函数内部，执行整条语句；

像逐过程、逐语句这样的命令一次输入之后，可直接回车仍会再次执行。

显示代码（list）

名称命令解释可指定行号

list + [N]

从第 N 行开始显示 10 行代码，可接着上次的位置继续打印可指定函数名

list + Name

从函数起始位置左右开始显示代码。

断点命令（breakpoint）

名称命令解释某行打断点

b + N

在某行打上断点函数打断点

b + FuncName

在函数内起始位置打断点查看断点

info + b

显示断点信息列表删除断点

d + b + N

删除序号为 N 的断点，省略序号就是删除所有断点启用断点

enable + b + N

启用序号为 N 的断点，省略序号就是启用所有断点禁用断点

disable + b + N

禁用序号为 N 的断点，省略序号就是禁用所有断点

变量命令（variable）

名称命令解释监视变量

display + ValName

以列表的形式常显示在屏幕下方，类似于vs中的监视取消监视

undisplay + N

去掉监视列表中的序号为 N 的变量的常显示查看变量

p + Name

打印变量的值，不会常显示修改变量

set + Name

设置指定变量的值

特殊调试命令

名称命令解释结束当前函数

finish

finish 会直接结束当前函数的调用，并停止在函数返回位置继续运行

continue

continue 继续运行至下一个断点，相当于

F5

运行至指定行

until + N

运行至当前函数内部的第 N 行

其他命令

名称命令解释调用堆栈

breaktrace

/

bt

查看程序各级栈帧的调用情况

4.构建工具 Makefile

之前在 IDE 中写代码时，没有关心过文件的编译顺序以及代码的依赖关系，因为 IDE 可以自动构建项目。

4.1 自动化构建工具

工程中的源文件不计其数，按类型、功能和模块放在若干目录中。

Makefile 可以指定编译顺序，甚至更复杂的操作。使用 make 指令就可以自动编译项目，前提是所在目录下有Makefile 文件。

4.2 Makefile 的编写

target : requires
    command

名称介绍target需要生成的目标文件requires生成目标文件所依赖的文件commandmake 需要执行的命令
Makefile 指明了编译代码的两个要素：依赖关系和依赖方法。

• 可执行文件依赖于源文件，这就是依赖关系。
• 通过 gcc 编译源文件形成可执行文件，这是依赖方法。

mytest:mytest.c # 依赖关系    
    gcc -o mytest_make mytest.c -std=c99 # 依赖方法    

.PHONY:clean    
clean:    
    rm -f mytest_make   

• Makefile 默认第一个目标的是真目标，其他都是伪目标，输入 make 命令默认执行真目标。
• .PHONY是一个关键字，表示目标总是可执行的，就是在依赖文件没发生更改的情况下，也可以执行该目标。
• Makefile中可使用特殊符号：$@代表目标文件，$^代表其后指定的所有依赖文件。
• Makefile 只会编译被修改的或者未编译的源文件，以节省时间。

4.4 Makefile 的原理

依赖关系和依赖方法

由上图可以看出，

1. 依赖关系：.out文件依赖.o文件，.o文件依赖.s文件，.s文件依赖.i文件，.i文件依赖.c文件。
2. 依赖方法：gcc -option hello.* -o hello.*。

mycode : mycode.o
    gcc -o mycode.o -c mycode.s
mycode.s : mycode.i
    gcc -o mycode.s -S mycode.i
mycode.i : mycode.c
    gcc -o mycode.i -E mycode.c

.PHONY:clean
clean:
    rm -rf mycode mycode.o mycode.s mycode.i

执行 .out 依赖 .o，执行 .o 依赖 .s，执行 .s 依赖 .i，执行 .i 依赖 .c 文件，找到 .c 后再一步一步反向编译到可执行文件。

Makefile 文件可以像上述这样将所有步骤写出来，但一般不这样写，写的越简单越好。

跟我一起写 Makefile (csdn.net)

5. 上传工具 git

创建命令解释git init新建版本库git clone克隆版本库提交命令****解释git add添加文件到暂存区git commit -m ‘xx’将暂存区文件提交至本地仓库git push同步代码至远程仓库git pull下载代码至本地仓库git rm删除工作区文件。查看命令****解释git status查看仓库当前的状态，显示有变更的文件git log查看仓库提交历史git blame以列表形式显示文件修改记录git diff比较暂存区和工作区文件的差异分支命令****解释git branch查看本地所有分支git branch -r查看远程所有分支git checkout切换所有分支git merge合并分支git branch -d删除分支
github-git-cheat-sheet (runoob.com)

Git - Reference (git-scm.com)

git 简明指南 (runoob.com)