【Linux】基础开发工具

1. 软件包管理器

1-1 什么是软件包

在Linux下安装软件，一个通常的办法是下载到程序的源代码，并进行编译，得到可执行程序。但是这样太麻烦了，于是有些人把一些常用的软件提前编译好，做成软件包（可以理解成windows上的安装程序）放在一个服务器上，通过包管理器可以很方便地获取到这个编译好的软件包，直接进行安装。

软件包和软件包管理器，就好比“App”和“应用商店”这样的关系。

yum（Yellow dog Updater, Modified）是Linux下非常常用的一种包管理器。主要应用在Fedora、RedHat、Centos等发行版上。

Ubuntu主要使用apt（Advanced Package Tool）作为其包管理器。apt同样提供了自动解决依赖关系、下载和安装软件包的功能。

1-2 Linux软件生态

Linux下载软件的过程（Ubuntu、Centos、other）：软件包1、软件包2、软件包3等向包管理器（yum/apt）发送查找、下载请求，包管理器在软件包服务器获取软件包，解决依赖关系后进行下载、安装或卸载操作，最后将结果返回给用户的云服务器。

操作系统的好坏评估涉及生态问题，包括社区论坛、官网文档、软件体系、维护更新速度、操作系统自身以及富有针对性的客户群体等方面。

软件包存在依赖问题，例如一个软件可能依赖libc.so、ssl.so、XXX.so等库文件。

1-3 yum具体操作

通过yum list命令可以罗列出当前一共有哪些软件包。由于包的数目可能非常之多，这里我们需要使用grep命令只筛选出我们关注的包。例如：

# Centos
$ yum list | grep lrzsz  
lrzsz.x86_64                      0.12.20-36.el7      @base           

注意事项：

• 软件包名称：主版本号.次版本号.源程序发行号 - 软件包的发行号.主机平台.cpu架构。
• “x86_64”后缀表示64位系统的安装包，“i686”后缀表示32位系统安装包。选择包时要和系统匹配。
• “el7”表示操作系统发行版的版本。“el7”表示的是centos7/redhat7，“el6”表示centos6/redhat6。
• 最后一列，base表示的是“软件源”的名称，类似于“小米应用商店”“华为应用商店”这样的概念。
• Ubuntu有上述有详细介绍

通过yum，我们可以通过很简单的一条命令完成gcc的安装。

# Centos
$ sudo yum install -y lrzsz
# Ubuntu
$ sudo apt install -y lrzsz

yum/apt会自动找到都有哪些软件包需要下载，这时候敲“y”确认安装。出现“complete”字样或者中间未出现报错，说明安装完成。

注意事项：

• 安装软件时由于需要向系统目录中写入内容，一般需要sudo或者切到root账户下才能完成。
• yum/apt安装软件只能一个装完了再装另一个。正在yum/apt安装一个软件的过程中，如果再尝试用yum/apt安装另外一个软件，yum/apt会报错。
• 如果yum / apt报错，请自行百度。

仍然是一条命令：

# Centos 
sudo yum remove [-y] lrzsz
# Ubuntu
sudo apt remove [-y] lrzsz

关于yum / apt的所有操作必须保证主机（虚拟机）网络畅通！！！可以通过ping指令验证，如：

ping www.baidu.com

当天yum / apt也能离线安装，但是和我们当前无关，暂不关心。

1-4 安装源

Centos安装源路径：

$ ll /etc/yum.repos.d/
total 16
-rw-r--r-- 1 root root 676 Oct 8 20:47 CentOS - Base.repo # 标准源
-rw-r--r-- 1 root root 230 Aug 27 10:31 epel.repo # 扩展源

Ubuntu安装源路径：

$ cat /etc/apt/sources.list # 标准源
$ ll /etc/apt/sources.list.d/ # 扩展源
景

更新安装源，现场说明原理即可。云服务器不用考虑，因为软件源都是国内的了。

好玩的命令

2.编辑器Vim

2-1 Linux编辑器-vim使用

vi/vim的区别简单点来说，都是多模式编辑器，不同的是vim是vi的升级版本，它不仅兼容vi的所有指令，而且还有一些新的特性在里面。例如语法加亮，可视化操作不仅可以在终端运行，也可以运行于macos、windows。

2-2 vim的基本概念

课堂上我们讲解vim的三种模式(其实有好多模式，⽬前掌握这3种即可),分别是命令模式（command mode）、插入模式（Insertmode）和底行模式（lastlinemode），各模式的功能区分如下：

• 正常/普通/命令模式(Normalmode)
  控制屏幕光标的移动，字符、字或行的删除，移动复制某区段及进入Insertmode下，或者到lastline mode

• 插入模式(Insertmode)
  只有在Insertmode下，才可以做文字输入，按「ESC」键可回到命令行模式。该模式是我们后面使用的最频繁的编辑模式。

• 末行模式(lastlinemode)
  文件保存或退出，也可以进行文件替换，找字符串，列出行号等操作。
  在命令模式下，shift+:即可进入该模式。要查看你的所有模式：打开vim，底行模式直接输⼊:help vim-mode
  

2-3 vim的基本操作

• 进入vim，在系统提示符符号输入vim及文件名后，就进入vim全屏幕编辑画面:

  • $ vim test.c
  • 不过有一点要特别注意，就是你进入vim之后，是处于[正常模式]，你要切换到[插入模式]才能够输入文字。

• [正常模式]切换至[插入模式]

  • 输入a
  • 输入i
  • 输入o

• [插入模式]切换至[正常模式]

  • 目前处于[插入模式]，就只能一直输入文字，如果发现输错了字，想用光标键往回移动，将该字删除，可以先按一下「ESC」键转到[正常模式]再删除文字。当然，也可以直接删除。

• [正常模式]切换至[末行模式]

  • 「shift + ;」，其实就是输入「:」

• 退出vim及保存文件，在[正常模式]下，按一下「:」冒号键进入「Last line mode」，例如:

  • :w (保存当前文件)
  • :wq (输入「wq」，存盘并退出vim)
  • :q! (输入q!，不存盘强制退出vim)

2-4 vim正常模式命令集

• 插入模式
  • 按「i」切换进入插入模式「insert mode」，按“i”进入插入模式后是从光标当前位置开始输入文件；
  • 按「a」进入插入模式后，是从目前光标所在位置的下一个位置开始输入文字；
  • 按「o」进入插入模式后，是插入新的一行，从行首开始输入文字。
• 从插入模式切换为命令模式
  • 按「ESC」键。
• 移动光标
  • vim可以直接用键盘上的光标来上下左右移动，但正规的vim是用小写英文字母「h」、「j」、「k」、「l」，分别控制光标左、下、上、右移一格
  • 按「G」：移动到文章的最后
  • 按「$」：移动到光标所在行的“行尾”
  • 按「^」：移动到光标所在行的“行首”
  • 按「w」：光标跳到下个字的开头
  • 按「e」：光标跳到下个字的字尾
  • 按「b」：光标回到上个字的开头
  • 按「#g」：光标移到该行的第#个位置，如: 5l,56l
  • 按「gg」：进入到文本开始
  • 按「shift + g」：进入文本末端
  • 按「ctrl + b」：屏幕往“后”移动一页
  • 按「ctrl + f」：屏幕往“前”移动一页
  • 按「ctrl + u」：屏幕往“后”移动半页
  • 按「ctrl + d」：屏幕往“前”移动半页
• 删除文字
  • 「x」：每按一次，删除光标所在位置的一个字符
  • 「#x」：例如，「6x」表示删除光标所在位置的“后面（包含自己在内）”6个字符
  • 「X」：大写的X，每按一次，删除光标所在位置的“前面”一个字符
  • 「#X」：例如，「20X」表示删除光标所在位置的“前面”20个字符
  • 「dd」：删除光标所在行
  • 「#dd」：从光标所在行开始删除#行
• 复制
  • 「yw」：将光标所在之处到字尾的字符复制到缓冲区中。
  • 「#yw」：复制#个字到缓冲区。
  • 「yy」：复制光标所在行到缓冲区。
  • 「#yy」：例如，「6yy」表示拷贝从光标所在的该行“往下数”6行文字。
  • 「p」：将缓冲区内的字符贴到光标所在位置。注意: 所有与“y”有关的复制命令都必须与“p”配合才能完成复制与粘贴功能。
• 替换
  • 「r」：替换光标所在处的字符。
  • 「R」：替换光标所到之处的字符，直到按下「ESC」键为止。
• 撤销上一次操作
  • 「u」：如果您误执行一个命令，可以马上按下「u」，回到上一个操作。按多次“u”可以执行多次回复。
  • 「ctrl + r」：撤销的恢复
• 更改
  • 「cw」：更改光标所在处的字到字尾处
  • 「c#w」：例如，「c3w」表示更改3个字
• 跳至指定的行
  • 「ctrl + g」列出光标所在行的行号。
  • 「#G」：例如，「15G」，表示移动光标至文章的第15行行首。

2-5 vim末行模式命令集

在使用vim末行模式之前，请记住先按「ESC」键确定您已经处于正常模式，再按「:」冒号即可进入末行模式。

• 列出行号
  • 「set nu」: 输入「set nu」后，会在文件中的每一行前面列出行号。
• 跳到文件中的某一行
  • 「#」:「#」号表示一个数字，在冒号后输入一个数字，再按回车键就会跳到该行了，如输入数字15，再回车，就会跳到文章的第15行。
• 查找字符
  • 「/关键字」: 先按「/」键，再输入您想寻找的字符，如果第一次找的关键字不是您想要的，可以一直按「n」会往后寻找到您要的关键字为止。
  • 「?关键字」: 先按「?」键，再输入您想寻找的字符，如果第一次找的关键字不是您想要的，可以一直按「n」会往前寻找到您要的关键字为止。
  • 问题: / 和？查找有和区别？操作实验一下
• 保存文件
  • 「w」: 在冒号输入字母「w」就可以将文件保存起来
• 离开vim
  • 「q」: 按「q」就是退出，如果无法离开vim，可以在「q」后跟一个「!」强制离开vim。
  • 「wq」: 一般建议离开时，搭配「w」一起使用，这样在退出的时候还可以保存文件。

2-6 vim操作总结

• 三种模式
  • 正常模式
  • 插入模式
  • 底行模式
  • 我们一共有12种总模式，大家下来可以研究一下
    

参考资料

Vim从入门到牛逼(vimfromzerotohero)

3. 编译器gcc/g++

3-1 背景知识

1. 预处理（进行宏替换/去注释/条件编译/头文件展开等）
2. 编译（生成汇编）
3. 汇编（生成机器可识别代码）
4. 连接（生成可执行文件或库文件）

3-2 gcc编译选项

格式：gcc [选项] 要编译的文件 [选项] [目标文件]

• 3-2-1 预处理(进行宏替换)
  • 预处理功能主要包括宏定义，文件包含，条件编译，去注释等。
  • 预处理指令是以#号开头的代码行。
  • 实例: gcc -E hello.c -o hello.i
  • 选项 “-E”，该选项的作用是让gcc在预处理结束后停止编译过程。
  • 选项 “-o” 是指目标文件，“.i” 文件为已经过预处理的C原始程序。
• 3-2-2 编译（生成汇编）
  • 在这个阶段中，gcc首先要检查代码的规范性、是否有语法错误等，以确定代码的实际要做的工作，在检查无误后，gcc把代码翻译成汇编语言。
  • 用户可以使用 “-S” 选项来进行查看，该选项只进行编译而不进行汇编，生成汇编代码。
  • 实例: gcc -S hello.i -o hello.s
• 3-2-3 汇编（生成机器可识别代码）
  • 汇编阶段是把编译阶段生成的 “.s” 文件转成目标文件。
  • 读者在此可使用选项 “-c” 就可看到汇编代码已转化为 “.o” 的二进制目标代码了。
  • 实例: gcc -c hello.s -o hello.o
• 3-2-4 连接（生成可执行文件或库文件）
  • 在成功编译之后，就进入了链接阶段。
  • 实例: gcc hello.o -o hello

3-3 动态链接和静态链接

在实际开发中，不会将所有代码放在一个源文件中，会有多个源文件且存在依赖关系。每个源文件独立编译生成 “.o” 文件，为满足链接依赖关系，需将这些目标文件进行链接形成可执行程序，此过程即静态链接。静态链接缺点如下：

• 浪费空间：每个可执行程序对所需目标文件都有副本，如多个程序调用printf()函数，都含printf.o副本。
• 更新较难：库函数代码修改，所有依赖程序需重新编译链接。优点是可执行程序含运行所需全部内容，运行速度快。

动态链接基本思想是把程序按模块拆分，程序运行时链接成完整程序，而非像静态链接将所有程序模块链接成单个可执行文件。动态链接更常用，如查看hello可执行程序依赖动态库：

1 $ ldd hello
2     linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fffeb1ab000)
3     libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007ff776af5000)
4     /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007ff776ec3000)
5 
6 # ldd命令用于打印程序或者库文件所依赖的共享库列表。

涉及概念“库”：C程序中未定义“printf”函数实现，“stdio.h” 只有声明，函数实现在libc.so.6库文件中，gcc默认到“/usr/lib” 查找并链接该库实现函数。

3-4 静态库和动态库

• 静态库：编译链接时将库文件代码全部加入可执行文件，文件大，运行时无需库文件，后缀一般为 “.a”。
• 动态库：编译链接时未将库文件代码加入可执行文件，程序执行时由运行时链接文件加载库，节省系统开销，后缀一般为 “.so”，gcc默认使用动态库。完成链接后，gcc生成可执行文件，如 gcc hello.o -o hello ，gcc默认生成动态链接二进制程序，可通过file命令验证。

注意1：

• Linux下，动态库XXX.so，静态库XXX.a
• Windows下，动态库XXX.dll，静态库XXX.lib

注意2：

一般云服务器C/C++静态库未安装，安装方法如下：

 # Centosyum install glibc-static libstdc++-static -y#ubuntusudo apt install libssl-dev

3-5 gcc其他常用选项 - 了解即可

• -E 只激活预处理，不生成文件，需重定向到输出文件。
• -S 编译到汇编语言，不进行汇编和链接。
• -c 编译到目标代码。
• -o 文件输出到指定文件。
• -static 对生成文件采用静态链接。
• -g 生成调试信息，GNU调试器可用。
• -shared 尽量使用动态库，生成文件小，需系统有动态库。
• -O0
• -O1
• -O2
• -O3 编译器优化选项4个级别，-O0无优化，-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。

4. 自动化构建-make/Makefile

4-1 背景

• 会不会写makefile，从一个侧面说明了一个人是否具备完成大型工程的能力。
• 一个工程中的源文件不计其数，按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，makefile定义了一系列的规则来指定，哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至于进行更复杂的功能操作。
• makefile带来的好处就是——“自动化编译”，一旦写好，只需要一个make命令，整个工程完全自动编译，极大的提高了软件开发的效率。
• make是一个命令工具，是一个解释makefile中指令的命令工具，一般来说，大多数的IDE都有这个命令，比如：Delphi的make，Visual C++的nmake，Linux下GNU的make。可见，makefile都成为了一种在工程方面的编译方法。
• make是一条命令，makefile是一个文件，两个搭配使用，完成项目自动化构建。

4-2 基本使用

实例代码

#include <stdio.h>int main()
{printf("hello Makefile!\n");return 0;
}

Makefile文件

myproc:myproc.cgcc -o myproc myproc.c
.PHONY:clean
clean:rm -f myproc

依赖关系

• 上面的文件myproc，它依赖myproc.c。

依赖方法

• gcc -o myproc myproc.c，就是与之对应的依赖关系。

项目清理

• 工程是需要被清理的。
• 像clean这种，没有被第一个目标文件直接或间接关联，那么它后面所定义的命令将不会被自动执行，不过，我们可以显示要make执行。即命令——“make clean” ，以此来清除所有的目标文件，以便重编译。
• 但是一般我们这种clean的目标文件，我们将它设置为伪目标，用 .PHONY 修饰，伪目标的特性是，总是被执行的。
• 可以将我们的hello目标文件声明成伪目标，测试一下。

什么叫做总是被执行？

文件=内容+属性

• Modify: 内容变更，时间更新
• Change：属性变更，时间更新
• Access：常指的是文件最近一次被访问的时间。在Linux的早期版本中，每当文件被访问时，其atime都会更新。但这种机制会导致大量的IO操作。

结论：.PHONY让make忽略源文件和可执行目标文件的M时间对比。

4-4 推导过程

Makefile推导示例

myproc:myproc.ogcc myproc.o -o myproc
myproc.o:myproc.sgcc -c myproc.s -o myproc.o
myproc.s:myproc.igcc -S myproc.i -o myproc.s
myproc.i:myproc.cgcc -E myproc.c -o myproc.i
.PHONY:clean
clean:rm -f *.i *.s *.o myproc

编译过程

$ make
gcc -E myproc.c -o myproc.i
gcc -S myproc.i -o myproc.s
gcc -c myproc.s -o myproc.o
gcc myproc.o -o myproc

make工作原理

1. make会在当前目录下找名字叫“Makefile” 或“makefile” 的文件。
2. 如果找到，它会找文件中的第一个目标文件（target），在上面的例子中，它会找到myproc这个文件，并把这个文件作为最终的目标文件。
3. 如果myproc文件不存在，或是myproc所依赖的后面的myproc.o文件的文件修改时间要比myproc这个文件新（可以用touch测试），那么，他就会执行后面所定义的命令来生成myproc这个文件。
4. 如果myproc所依赖的myproc.o文件不存在，那么make会在当前文件中找目标为myproc.o文件的依赖性，如果找到则再根据那一个规则生成myproc.o文件。（这有点像一个堆栈的过程）
5. 当然，你的C文件和H文件是存在的啦，于是make会生成myproc.o文件，然后再用myproc.o文件声明make的终极任务，也就是执行文件hello了。
6. 这就是整个make的依赖性，make会一层又一层地去找文件的依赖关系，直到最终编译出第一个目标文件。
7. 在找寻的过程中，如果出现错误，比如最后被依赖的文件找不到，那么make就会直接退出，并报错，而对于所定义的命令的错误，或是编译不成功，make根本不理。
8. make只管文件的依赖性，即，如果在找了依赖关系之后，冒号后面的文件还是不在，那么对不起，我就不工作啦。

4-4 适度扩展语法

展示了更复杂的Makefile语法，包括变量定义、文件查找、目标和依赖规则等。如：

BIN=proc.exe          # 定义变量
CC=gcc
SRC=$(shell ls *.c)  # 采用shell命令行方式，获取当前所有.c文件名
OBJ=$(SRC:.c=.o)     # 将SRC的所有同名.c，替换成为.o，形成目标文件列表
FLAGS=
RM=rm -f             # 引入命令$(BIN):$(OBJ)@$(CC) $(FLAGS) $^ -o $@   # $@:代表目标文件名。$^: 代表依赖文件列表%.o:%.c@$(CC) $(FLAGS) $< -o $@   # $<: 对展开的.c文件，一个一个的交给gcc。.PHONY:clean
clean:@$(RM) $(OBJ) $(BIN)        # $(RM): 替换，用变量内容替换它.PHONY:test
test:@echo $(SRC)@echo $(OBJ)

5. 调试器 - gdb/cgdb使用

5-1 样例代码

// mycmd.c
#include <stdio.h>int Sum(int s, int e)
{int result = 0;for(int i = s; i <= e; i++){result += i;}return result;
}int main()
{int start = 1;int end = 100;printf("I will begin\n");int n = Sum(start, end);printf("running done, result is: [%d-%d]=%d\n", start, end, n);return 0;
}

5-2 预备

• 程序的发布方式有两种，debug模式和release模式，Linux gcc/g++出来的二进制程序，默认是release模式。
• 要使用gdb调试，必须在源代码生成二进制程序的时候，加上 -g选项，如果没有添加，程序无法被编译。

$ gcc mycmd.c -o mycmd  # 默认模式，不支持调试
$ file mycmd
mycmd: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=82f5cbaada10a9987d9f325384861a88d278b160, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped$ gcc mycmd.c -o mycmd -g  # debug模式
$ file mycmd
mycmd: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=3d5a2317809ef86c7827e9199cfe622e3c187f, for GNU/Linux 3.2.0, with debug_info, not stripped

5-3 常见使用

• 开始: gdb binFile
• 退出: ctrl + d 或 quit 调试命令

命令	作用	样例
list/l	显示源代码，从上次位置开始，每次列出10行	list/l 10
list/l 函数名	列出指定函数的源代码	list/l main
list/l 文件名:行号	列出指定文件的源代码	list/l mycmd.c:1
r/run	从程序开始连续执行	run
n/next	单步执行，不进入函数内部	next
s/step	单步执行，进入函数内部	step
break/b [文件名:行号]	在指定行号设置断点	break 10 break test.c:10
break/b 函数名	在函数开头设置断点	break main
info break/b	查看当前所有断点的信息	info break
finish	执行到当前函数返回，然后停止	finish
print/p 表达式	打印表达式的值	print start+end
p 变量	打印指定变量的值	p x
set var 变量=值	修改变量的值	set var i=10
continue/c	从当前位置开始连续执行程序	continue
delete/d breakpoints	删除所有断点	delete breakpoints
delete/d breakpoints n	删除序号为n的断点	delete breakpoints 1
disable breakpoints	禁用所有断点	disable breakpoints
enable breakpoints	启用所有断点	enable breakpoints
info/i breakpoints	查看当前设置的断点列表	info breakpoints
display 变量名	跟踪显示指定变量的值（每次停止时）	display x
undisplay 编号	取消指定编号的变量的跟踪显示	undisplay 1
until X行号	执行到指定行号	until 20
backtrace/bt	查看当前执行栈的各级函数调用及参数	backtrace
info/i locals	查看当前栈帧的局部变量值	info locals
quit	退出GDB调试器	quit