Linux C语言编程基本原理与实践

摘要：详细讲解函数中的返回值的作用以及函数中的参数意义函数完整形式可以依次执行两条命令用来验证程序运行是否成功。命令用来查看返回值打印出的同时，列出当前目录。

Linux C语言编程基本原理与实践(2018-06-16 19:12:15)

高效的学习带着目的性: 是什么 -> 干什么 -> 怎么用

C语言是一种通用的, 面向过程的编程语言, 在系统与应用软件的开发应用较广

是人类和计算机交流的一种方式

ANSI C： 是C语言的标准, 为了避免各开发商用的C语言语法的差异

C语言的特点: 简单, 快速, 高性能, 兼容性好, 功能强大, 易于学习

Linux嵌入式, 小工具(命令行下的cd, ls之类的命令) 小巧灵活，语法简单，适合做小工具

与硬件打交道的程序: 操作系统, ARM嵌入式, 单片机编程以及Arduino编程等等

对性能要求较高的应用程序: NGINX(C)的并发量 = Apache(C++) * 10

小工具（语法简单）

和硬件打交道的程序 ARM嵌入式，单片机，Arduino编程（有指针，可操作内存）

有高性能要求的程序

nginx:c apache:c++

linux嵌入式

C语言是随着UNIX诞生而产生的一门编程语言

Mac电脑是Unix内核; Windows下可以安装Linux虚拟机

Ubuntu：

Ubuntu和CentOS是较为常用的Linux发行版本, 个人电脑用Ubuntu更好

Ubuntu的kylin版对中文支持很好

amd64版: AMD当初率先推出64位CPU, 所以Ubuntu把64位CPU型号定义为amd64(Intel照用), 一直沿用到现今; 32位用x86

LTS版: 长时间的技术支持版本

装Ubuntu系统可以选择双系统, 也可在原来的Windows电脑上装虚拟机

PS: 尽量在Linux环境下开发C语言程序

终端编辑器：emacs vim

安装软件：sudo apt install 【软件名】

更新软件：sudo apt update

Ctrl+Alt+T：打开终端

cd ~ ：进入当前用户的根目录

pwd ：查看当前所在路径

ls ：当前章目录包含哪些文件

ls -l :显示当前文件的类型，权限，创建时间，名字

ls -al或ll:显示隐藏文件

如果前面是d就是文件夹,-就是普通类型的文件

touch ** ：创建字符型文件

rm ** ：删除

mkdir ** :创建目录(文件夹)

vi ** ：打开(进入)文件

vi 一个不存在的文件，进入后无法输入内容，因当前在命令模式下；按字符i，可进入INSERT插入模式，就可输入内容，按Esc返回命令模式;

在命令模式下：

:w ：保存该文件

:q ：退出

i ：当前光标前面插入字符

Shift+i ：跳到本行行首插入字符

a ：当前光标后面插入字符

Shift+a ：跳到本行末尾插入字符

o ：在当前下一行插入字符

Shift+o ：在当前上一行插入字符

x ：删除当前光标所处字符

d+d ：删除整行

Linux下最好用的文本编辑器: emacs, vim

cc -v(gcc -v): 查看编译器版本

apt-get是一条linux命令，适用于deb包管理式的操作系统，主要用于自动从互联网的软件仓库中搜索、安装、升级、卸载软件或操作系统。

clear：清洁屏幕

linux下一般不用void main，最新c语言标准，int main

#include 

int main()
{
    printf("hello,world!
");
    return 0;
}

cc a.c

默认会为我们编译并生成可执行文件a.out(可读可写可执行)

./表示当前路径下，

./a.out 执行当前路径下的a.out文件

r表示可读 w表示可写 x表示可执行

三组重复的顺序为"创建者","用户组","任意其他用户"

c语言是一个结构化的程序语言，是支持多函数的。程序可由若干个函数组成。

vim hello.c

最原始版本的实现(hello.c):

#include 

int max(int a, int b)
{
    if(a>b){
        return a;      
    }else{
        return b;
    }
}

int main()
{
    int a1 = 33;
    int a2 = 21;
    int maxNum = max(a1,a2);
    printf("the max value is %d
",maxNum);
    return 0;
}

我们的stdio.h是在我们的user/include中被内置了

在编写max函数时对齐，编写内部时括号进行缩进对齐。

附加知识: vim分屏显示

:sp 文件名 //创建（打开）新文件

上屏: ctrl+w+上箭头

下屏: ctrl+w+下箭头

打开行号 :set nu

剪切：(最后一行行数)+dd

粘贴：p

//这两个不用点冒号

关闭行号：set nonu

如果就是上图代码直接编译会报错，这是一个未声明的函数。
有两种分离方案:

第一种是int max(int a,int b);,在hello.c中声明该方法，然后编译的时候需要加上max.c

一种是#include "max.c" 然后编译的时候就不需要加上max.c一起编译

版本1:

0-hello.c:

#include 
int max(int a,int b);

int main()
{
    int a1 = 33;
    int a2 = 21;
    int maxNum = max(a1,a2);
    printf("the max value is %d
",maxNum);
    return 0;
}

0-max.c:

int max (int a, int b)
{
    if(a>b){
        return a;
    }else{
        return b;
    }
}

编译命令:

gcc 0-hello.c 0-max.c -o 0-hello.out

如果不加上0-max.c一起编译，会出现错误

gcc 0-hello.c -o 0-hello.out
/tmp/cc8GuaAH.o：在函数‘main’中：
0-hello.c:(.text+0x21)：对‘max’未定义的引用
collect2: error: ld returned 1 exit status

版本2

1-hello.c:

#include 
#include "0-max.c"

int main()
{
    int a1 = 33;
    int a2 = 21;
    int maxNum = max(a1,a2);
    printf("the max value is %d
",maxNum);
    return 0;
}

0-max.c与原来的一致

编译命令:

gcc 1-hello.c -o 1-hello.out

如果此时多加了0-max.c一起编译

gcc 1-hello.c 0-max.c -o 1-hello.out
/tmp/ccjcCmVa.o：在函数‘max’中：
0-max.c:(.text+0x0): `max"被多次定义
/tmp/cclIxMtD.o:1-hello.c:(.text+0x0)：第一次在此定义
collect2: error: ld returned 1 exit status

终端下：

gcc 文件名.c -o 命名.out

生成.out并命名

#include <>表示在预装的库里查找

#include "max.c"表示在当前目录内查找文件

include "max.c"相当于把整个函数复制进来了。效果等同于写进来

wqa 是将多个文件一起保存

把函数的声明和定义分离开来

代码没有main函数不能执行，main是入口。

.h 头文件

.o 编译之后的中间文件

.c 源代码

mtianyan@ubuntu:~/Desktop/zjuPlan/CSF878/CCode/linux_c/2-lesson/part1$ ls
0-max.c  1-hello.c

加快编译速度

gcc -c 0-max.c -o 0-max.o

将max.c变成max.o之后，我们需要把hello.c中的include注释掉并添上方法声明

#include 
//#include "0-max.c"
int max(int a,int b);

可读可写不可执行,max.o相当于计算器对于源代码进行了翻译，变成计算机可识别的机器码

gcc 0-max.o 1-hello.c -o 1-hello.out

新建一个min.c

int min (int a, int b)
{
    if(a
hello.c中进行minNum的调用
#include 
//#include "0-max.c"
int max(int a,int b);
int min(int a,int b);

int main()
{
    int a1 = 33;
    int a2 = 21;
    int maxNum = max(a1,a2); 
    int minNum = min(a1,a2);
    printf("the max value is %d
",maxNum); 
    printf("the min value is %d
",minNum);
    return 0;
}
编译命令：
gcc -c min.c -o min.o
gcc 0-max.o min.o 1-hello.c -o 2-hello.out
加快编译速度。不会再修改的函数，公共框架和公共类编译生成静态库。
gcc的编译流程分为4步：
预处理(Pre-Processing) －> 编译(Compling) -> 汇编(Assembling) -> 连接(Linking) 
预处理: 处理#include #define #ifdef 等宏命令
编译: 把预处理完的文件编译为汇编程序.s
汇编: 把汇编程序.s编译为.o二进制文件


gcc -c min.c -o min.o  //把文件min.c预编译成文件min.o

cp 文件名a  文件b       //把文件a拷贝成新的文件b
使用yy复制一行   使用 行号n+yy复制n行
使用p对复制的行进行粘贴
源代码文件用cat命令可以查看

那么问题又来了，我们现在的max函数和min函数是自己编写的，即使不加声明，我们也知道需要哪些参数，参数是什么类型，返回值是什么类型。如果这个函数不是我们编写的，别人又编写成了max.o min.o 我们看不到源代码，又不知道函数的传入参数与返回。.h文件的好处就来了
我们创建一个文件夹part2
max.h 代码：
int maxNum(int a, int b);
min.h 代码：
int minNum(int a ,int b);
hello.c代码：
#include 
#include "max.h"
#include "min.h"

int main()
{
    int a1 = 33;
    int a2 = 21;
    int maxNum = max(a1,a2); 
    int minNum = min(a1,a2);
    printf("the max value is %d
",maxNum);
    printf("the min value is %d
",minNum);
}

gcc max.o min.o hello.c -o hello.out
warning: implicit declaration of function ‘max’; did you mean ‘main’? 
出现警告，但不影响正常的编译运行。
makFile的编写

make工具可以将大型的开发项目分成若干个模块
make -v
sudo apt-get install make
make工具可以很清晰和很快捷的整理源文件

make工具的内部也是使用的gcc
我们自己开发还是安装软件都要使用到make 和make install这两个命令
因为当我们的源文件很多很多的时候
gcc max.c min.c hello.c -o hello.out
命令就会很长很长。
编写一个Makefile可以同时编译多个文件，告诉依赖关系。

vim Makefile
写入：

hello.out:max.o min.o hello.c
      gcc max.o min.o hello.c -o hello.out
max.o:max.c
      gcc -c max.c
min.o:min.c
      gcc -c min.c
# 添加注释
执行命令make

编写 Makefile 缩进使用 tab 键(八个空格，否则出错)
Makefile:3: *** 遗漏分隔符 (null)。 停止。
重命名文件 mv MakeFile makefile

从上往下找，从下往上编译出来。 已经生成出来的文件不会再重新生成。
make: “hello.out”已是最新。 （up to date）
详细讲解main函数中的返回值的作用以及main函数中的参数意义

main.c:
#include 

int main(int argc,char* argv[]) //main函数完整形式
{
    printf("hello,world
");
    return 101;
}
gcc main.c -o main.out && ./main.out


gcc main.c -o main.out && ./ main.out 可以依次执行两条命令

return 0 用来验证程序运行是否成功。
命令echo $?用来查看返回值


./main.out && ls打印出helloworld的同时，列出当前目录。因为main.out的return值为0，判定为成功执行。
./main2.out && ls打印出helloworld，未列出当前目录。因为main.out的return值为101（非0），判定为不成功执行。
main函数中的参数
int main(int argc, char* argv[])//main函数完整形式
argc统计输入参数的个数。只输入文件名时个数为1
argv[]存放每个参数的内容
如：

输入  ./main3.out -l -a
argv = 3
argc[0] = ./main.out
argc[1] = -l
argc[2] = -a

argc(argument count),存放着传入main函数的参数个数是几个。
argv(argument vector)，存放具体传入的参数

main3.c:
#include 

int main(int argc,char* argv[])
{
    printf("argc is %d
",argc);
    //int i;
    for(int i =0;i
$ ./main3.out -a -l
argc is 3
argv[0]is ./main3.out
argv[1]is -a
argv[2]is -l
Linux下的标准输入流输出流与错误流

C语言是如何被操作系统调用的
操作系统如何传递参数
main函数的返回值含义

linux把所有东西当作文件处理

标准输入流文件：stdin 键盘
标准输出流文件：stdout 显示器
标准错误流文件：stderr

这是系统默认创建

fprintf fscanf：将输入输出放入...

printf("") 是对fprintf(stdout,"")函数的封装.

scanf("") 是对fscanf(stdin,"")函数的封装

#include 

int main()
{
    // printf("hello world!
");
    fprintf(stdout,"hello world 
");
    int a;
    //scanf("%d",&a);
    fscanf(stdin,"%d",&a);
    if(a<0){
     fprintf(stderr,"the value must >0
");
     # 返回值不等于0表明函数出错
     return 1;
    }

    //printf("input value is: %d
",a);
    return 0;

}

输出输出流与错误流的重定向
Linux几乎可以用于任何领域，这里我们不得不提出linux的通道。
管道起到了很重要的作用，不同应用程序之间要配合使用，就需要用到管道。
Demo:main.c
先理解输入流，输出流和错误流的重定向机制，对于管道的理解会比较容易些。
#include 

int main()
{
int i,j;
printf("input the int value i:
"); printf其实对fprintf的封装，是从标准输出流（即stdout）来输出这个过程
scanf("%d", &i); //默认输入流是键盘
printf("input the int value j:
");
scanf("%d", &j);
printf("i+j=%d
", i+j);
}

执行编译命令cc main.c, 得到a.out，运行a.out，我们分别输入3和5输入到终端.
我们可以使用命令./a.out 1>> a.txt,其中>>符号（不写参数就是输出流），之前默认输出流是终端，现在我们则改为输出到a.txt中，我们执行命令后，分别输入3回车后再输入5。再使用命令cat a.txt，我们可以看到我们已经输出到文件里的内容。


我们标准输出流是1>>,输入流是0>>

我们再次执行./a.out >> a.txt，我们再次输入参数，完成后我们再次使用cat来查看a.txt文件里的内容，发现之前的内容还在，新的输出内容追加到了后面。
再举一个重定向的例子，我们使用命令ls /etc >> etc.txt，我们将ls目录下的内容输入到了etc.txt文件中
但我们如若改重定向符号想覆盖掉之前的内容，可以把双箭头>>改为单箭头>，则文件中先前的内容就会被覆盖掉。

输入流重定向
我们可以创建一个文件vi input.txt，内容如下：
18
9
我们再次执行./a.out < input.txt，不存在追加模式，所以我们用单箭头<，我们可以将要输入的内容全部在input.txt中准备好，命令执行后，我们便在终端上可以看到结果。

#include 

int main()
{
    int i,j;
    printf("input the int value i:
"); 
    scanf("%d", &i); //默认输入流是键盘
    printf("input the int value j:
");
    scanf("%d", &j);
    if(0!=j){    
        printf("%d/%d=%d
",i,j,i/j);
    }else{
        fprintf(stderr,"j != 0
");
        return 1;
    
    }


    return 0;
}

注意代码规范小技巧，0和j的比较，0放前面如果漏了等号会报错
echo $? 查看返回值
./main.out 1>true.txt 2>false.txt < input.txt

将输出保存到t.txt.
错误保存到f.txt.
从input.txt读入数据


而当值错误，产生除零错误时。

上图是当j=0时的运行情况。

重定向到其他地方。
管道原理及应用。
管道：
把前面的输出流作为后面工具的输入流，用一个|表示.


grep :查看指定文本，搜出包含字符的文本
终端中输入: ls /etc/ | grep ab



ls /etc/ 的输出作为grep的输入

ls /etc/ | grep ab 在/etc/文件下查找含有ab字符的文件名


ps -e:查看系统运行的进程
ps -e | grep ssh

查看包含ssh的进程
实践编程，用简单的C语言代码，编写一个实用的C语言小程序
avg.c :
#include 

int main()
{
    int s,n;
    scanf("%d,%d",&s,&n);
    float v = s/n;
    printf("v =%f
",v);
    return 0;
}
编译命令:
cc avg.c -o avg.out
input.c:
#include 

int main()
{
    int flag =1;
    int i;
    int s = 0;
    int count=0;
    while(flag){
    scanf("%d",&i);
    if(0==i) break; #等于零跳出
    count++;
    s+=i;
    }
    printf("%d,%d
",s,count);
    return 0;
}
cc input.c -o input.out

注意上面的代码中应该将s初始化为0.否则会产生问题。
使用时：
./input.out | ./avg.out
实现将input的数据之间求平均值。