(转)Linux下C++开发初探

1.开发工具

Windows下，开发工具多以集成开发环境IDE的形式展现给最终用户。例如，VS2008集成了编辑器，宏汇编ml，C /C++编译器cl，资源编译器rc，调试器，文档生成工具, nmake。它们以集成方式提供给最终用户，对于初学者而言十分方便。但是，这种商业模式，直接导致用户可定制性差，不利于自动化，集成第三方工具的能力弱。例如，无法定制一些宏来处理一些重复操作；体会不到自动化makefile一步到位快感；无法远程登录到服务器上进行开发；无法使用某种”粘合剂”来把第三方工具（例如，文本工具，字符串工具）有效地调用起来。可以说，良好的商业支持和傻瓜式开发，是它们主要的优点。
    在linux下，开发工具被切割成一个个独立的小工具。各自处理不同的问题。例如，编辑器（emacs, vim)用来进行编辑程序的，调试器（gdb)用来调试程序，编译器（GCC）用来编译和链接程序的，性能分析工具（gcov, gprof)用来优化程序的，文档生成器（doxygen）用来生成文档的。同时，还有一些系统工具和系统知识，我们是很有必要了解的：程序自动化机制 makefile，系统粘合剂shell，系统查找工具grep, locate, find。其它的工具（例如ctags， OCI公司的MPC等等），一旦熟练掌握，它们将成为你手中的利器。

主要是一些针对LINUX下开发工具使用的经验之谈。由于，工具品种繁多，我们没有能力也没有必要一一介绍。对于LINUX下IDE工具，例如 eclipse, anjuta等，它们虽然也很实用，但是使用起来比较简单，而且目前还算不上主流。所以，它们将不被着重介绍。同时，本文也不打算写成各个工具的操作手册，只着眼于介绍各个工具的想要解决的问题、运行机理和主要特性。

1.1编辑器

要进行开发，第一件事情就是选择一个合适的编辑器。编辑器选择有几个要素：
    1）减少不必要的编辑动作，减少编辑的时间。
    一切能够无二义性描述出来的编辑任务，都可以而且应该能被自动化。例如，每一个C＋＋程序都会有一个main函数；我们在定义.h文件时，都希望加入一些预处理指令＃define来帮我们解决重复引用同一个头文件而带来的麻烦。鼠标操作总是比键盘操作要慢的。这方面EMACS做得可算是到了极致。所以， EMACS用户经常会吹嘘：他们编辑的速度等同于他们思考的速度。
    2）可扩展性高。
    程序员预期的编辑器应该能提供一些编程的帮助，例如，语法高亮，自动补齐，自动排版，语法检查等等。留心观察一下gedit, vim, emacs, ultraEdit，就会发现它们提供的远不是windows 记事本，写字板提供的那么简陋的功能。对于一种新的语言，新的语法，它们应该能很方便地提供支持，而不停留在一种或几种固定的语言上。
    3）用户可定制性高。
    如果想长期从事研发， 特别是linux/unix下研发的话，那么你很有必要学好一个功能足够的编辑器。有这么一句话：Linux下程序员分为三种，使用emacs的，使用vi的，还有其它。EMACS是Stallman用lisp语言写的一个GPL的编辑器。我们这里所说的emacs指的是GNU emacs，而非Xemacs。由于它的开放性，我们可以把它打造成一个功能强大的IDE。我们在安装好CGYwin之后，也可以在Windows系统下使用 EMACS。CGYwin和MINGW是第三方写的一个在Windows系统上模拟POSIX系统的工具。
    EMACS与其说的是一个编辑器，倒不如说它是一个操作系统。我们可以用它来写编程，写wiki，收发邮件等等。EMACS主要是通过两种方式来进行扩展：el脚本(elisp是lisp的一种方言）和第三方扩展包。EMACS的入门成本很高。由于是纯键盘操作，所以需要记忆大量的快捷键；功能强大是通过用户添加一些扩展包，lisp脚本来实现的。如何正确配置和修改是很需要耐心和技巧的。

1.2编译器

编译器首选GCC（GNU COMPILER COLLECTION)。原因有两个，它是GNU开源的，同时它对标准C++的支持度高达96.15%。而VC++6.0的支持度只有83.43%。 GCC不仅是通常意义上的C或C++的编译器，它还可以编译java等其它语言。gcc是gnu c的编译器,g++是gnu c++的编译器, 而EGCS(Enhanced GNU Compiler Suite)可以认为是gcc的改进版。
    编译语言从源程序到目标代码会经过如下几个阶段：源程序－＞汇编程序－＞编译成obj程序－>链接成最终可执行程序。我们可以通过一条编译指令来完成所有步骤。也可以分步执行。gcc有三个重要选项-E(只进行预处理), -S(生成汇编代码), -g(生成带原代码调试符号的可执行文件，如果想用gdb调试的话，就应该在编译时打开这个选项）。
    GCC可以看作一个软件包，除了编译工具，它还集成了调试器gdb，性能分析工具gcov, gprof。只要我们装好了GCC，这些强大工具就可以直接使用了。
    通过gcov，我们可以查看一个程序，源代码中每行代码的运行次数。我们优化运行次数最多的代码，那么就可以大大优化程序。使用gcov时，需要打开 GCC的fprofile-arcs和ftest-coverage两个选项。gcov中常用的选项有-b分支统计信息。
    通过gprof工具，我们可以查看函数之间的调用顺序，及各个函数运行的时间。我们可以将gprof理解为linux/unix自带工具time的加强版。使用gprof时，需要打开GCC的pg选项。
    gcov和 gprof的共同点是在编译程序时，加入自己的一些辅助信息，由此来进行程序诊断。除了，这些优化手段，我们还可以使用一些内存泄漏工具，来减少野指针，未释放的内存空间。 
调试器
    GDB即GNU的调试器，它是GCC附带的一个性能优质的调试器。通过GDB和脚本结合，我们可以很好的实现回归测试。
    GDB可以运行于CLI和GUI两种模式。默认GDB是CLI模式的，我们可以去下载和安装GUI模式的GDB，例如xxgdb， ddd等。一个更好的方式是在 EMACS中使用GDB。GDB包括visual studio工具的所有调试功能，还包括它没有的功能。它除了支持，我们一般的设置断点，单步跟踪，step in, step out, step over等，还有一些强大的功能。在gdb中，我们可以有以下几种暂停方式：断点（BreakPoint）、观察点（WatchPoint）、捕捉点（CatchPoint）、信号（Signals）、线程停止（Thread Stops）。
下面列举几个让我印象深刻的功能。1）通过 watch指令，可以让程序在某个变量的值发生变化时，暂停下来。2）通过print指令，在程序运行时，设置变量的值，运行一个程序自身支持的一个方法。3）通过until指令，我们可以让程序在运行到某个程序时暂停下来。4）通过break.. if指令，使得程序在满足某个bool表达式时，暂停下来。

1.3粘合剂

我想通过“粘合剂”这个词来表达将多个工具粘合起来的“胶水”。例如，通过shell脚本，我们可以把OS命令，sed指令，awk指令，其它脚本文件等串联起来，发挥它们的合力。在linux C++编程中，我们不可避免地会使用makefile文件。通过，它我们可以把编译指令，生成文档操作，清除操作等等串联起来。从某种意义上来看，它也相当于一个粘合剂。
makefile的出发点是，维护好一个项目中众多文件的依赖关系，由此得到一个源程序的拓扑图。当我们只修改图中某个结点时，重新编译时就只需要将拓扑图中关联的链路进行编译就好了。由此，大大缩短了编译的时间。make有两大概念：dependencies和rules。规则rule即针对每一个依赖关系 dependency定义一个操作规则。这个细粒度的分离，就可以使我们可以定制软件构建的行为。例如，修改使用的编译器，修改includepath, 修改libpath, 修改编译选项等等。我们常见的VC中的nmake，功能和make是类似的。
    make使用的重点和难点是编写Makefile文件。Makefile的语法相对其它语言来说是很不一样的，我们要特别注意TAB键和空格键的区别。有很多工具可以用来帮助我们生成Makefile。最出名的就是GNU的autoconf了。一个GNU程序的编写，需要autoscan, aclocal, autoconf, automake这四个工具。
我们知道GNU软件安装的三步曲是：./configure, make, make install。其中./configure就是根据autoconf, alocal等工具生成一个makefile文件。make指令就是调用make指令来根据makefile文件的规则来编译源程序。而make install就是执行makefile中的install规则指出的操作（一般是copy操作）。而make clean就是执行makefile中的clean规则指出的操作（一般是rm操作）。我们用Eclispe+CDT开发Managed C++ Project时，它就是通过objects.mk,subdir.mk,sources.mk三个文件来生成Makefile。我们注意观察编译时的输出信息，就可以看到显示的Makefile文件的内容。
可以说，如果想编译出跨平台的C＋＋程序，那么makefile是一种最方便的机制。OCI公司为Douglas C.Schmidt的ACE，TAO开源社区编写了一段伟大的perl脚本－－MPC。它由平台信息，一个规则文件，源代码，生成用户想要的工程文件，例如Make, Nmake, Visual C++ 6, Visual C++ 7等等。Google Web Tookit, Celtix做的事情与之类似，不过它们是针对JAVA的，而MPC是针对C＋＋的。

2. 基本开发流程

2.1 代码的编写

对于移植工程来讲，基本代码都在Windows下完成，只需要吧代码传到Linux下，然后在Linux下面组织源码目录即可。对于传到Linux编辑，可以使用Linux下的vi工具来完成，也可以通过UltraEdit以Ftp方式打开Linux下的文件进行编辑。vi是Linux下面最常用的一个文本编辑器，后面将会介绍vi的一些基本用法。

有一点值得注意，Windows下文本里面的回车符包含两个字符‘\n’和‘\r’，而Linux下的文本里面的回车符只包含一个字符‘\n’。这样，如果上传文件的时候没有选择正确的方式，应该使用文本方式上传的使用了二进制方式，或者应该使用二进制方式上传的使用了文本方式，那么在Linux下都会出现问题，打开的文本当中每一行的行尾就会出现一个‘^M’字符。可以通过vi的匹配替换功能（稍后会做介绍）或者重新按照正确的方式上传来解决。

2.1.1 vi简介

vi是Linux下最常用的一个文本编辑器，小巧而且功能强大，一次我们把它单独拿出来做一下介绍。如果想了解更详细的信息，请执行man vi查看其联机帮助文档。

2.1.2 命令模式和编辑模式

vi的工作模式包括命令模式和编辑模式两种。命令模式下可以执行vi中定义的一些命令，这些命令跟一些特定的键相对应，命令模式下所有的键盘相应将会作为命令来解释。编辑模式就是编辑文档的模式，在编辑模式下所有键盘的相应都为作为文档输入的内容。通过ESC键可以从编辑模式切换到命令模式。通过一些编辑命名可以从命令模式进入编辑模式。

2.1.3 基本命令

基本命令指的是在命令模式下，通过敲键执行的命令，这里我们介绍几个常用的命令：

i             在当前开始插入，进入编辑模式

I             在行首开始插入，进入编辑模式

a             在当前字符后追加，进入编辑模式

A            在行尾追加，进入编辑模式

x            删除当前光标处的字符

X            删除当前光标前面的字符

D            删除从光标位置到行尾的所有字符

dd           删除当前行

dw          删除当前的单词

u            取消刚才的操作

G            跳到文件末尾

此外，在命令模式下，通过输入‘/’可以进行查询，通过输入‘:’可以输入一些其他命令。输入‘:’可以输入的命令包括：

q            退出

w           保存

wq          保存退出

q！         强制退出，不保存

w！        对受保护的文件强制写，包括只读文件

set number     显示行号  (set nu  也可以)

数字       跳到某一行

2.1.4 查找和匹配

vi的查找功能也非常强大，命令模式下通过输入‘/’就可以进入查找模式，可以输入要查找的关键字。然后可以通过‘n’来查找下一处。

在输入‘:’后，还可以输入一些匹配替换的命令——“%s”。命令的格式为“:%s /str1/str2”，执行之后将把当前文件中所有str1替换成str2。举一个典型的例子，前面我们说过，Windows下的文本文件如果以二进制的方式传到了Linux下，那么vi打开的时候每行的行尾就会出现一个“^M”，我们可以用vi打开这个文件，然后通过vi的匹配替换功能去掉这些“^M”。命令格式如下：

:%s /^M//

其中“^M”通过CTRL+V 和 CTRL+M来输入。

2.2 编译

2.2.1  简单编译

对于简单的程序，如只有几个源文件，可以直接使用编译器进行编译，或者把几条编译命令写在一个脚本文件里面，通过执行脚本文件实现工程的编译和连接。比如只有一个hello.cpp文件的工程，可以通过如下命令编译：

CC –o hello hello.cpp

其中CC是编译器，不同的系统下面可能有不同的编译器。一般来说，大多数Linux系统下的C编译器都叫cc，而C++编译器叫CC。Linux下面带的C编译器为gcc，C++编译器为g++。-o参数用来指定输出的目标的名称，也就是编译后执行程序的名称。这种情况下编译和连接一步完成。

对于稍微负责一些的程序，包含多个源文件的，可以编写一个编译脚本，相当于windows下的批处理。如下：

工程中包含hello.cpp、func.cpp、other.cpp，我们可以用如下脚本来实现工程的编译。

CC –c hello.cpp

CC –c func.cpp

CC –c other.cpp

CC –o hello hello.o func.o other.o

多个文件情况下，把编译和连接分开执行，先逐个编译源文件，然后再进行链接，形成最终的可执行程序。参数-c就是声明只进行编译操作。

2.2.2  使用Makefile

当工程达到一定的规模的时候，2.2.1中的做法显然是不能满足要求的，如果非要那样做，将会带来很大的工作量，而且还非常容易出错。这是我们就要使用Makefile来帮助我们完成工程的编译工作。

Makefile文件相当于一个工程文件，文件中描述了工程中的源代码、额外需要的库文件及其路径、额外需要的头文件路径已经编译器类型、编译参数等。通过make命令来调入Makefile进行工程的编译。当执行make命令是，会在当前目录下搜索名称为“Makefile”或者“makefile”的文件，作为当前编译的工程文件，也可一指定其他的工程文件，如make –f MyMakefile。