linux环境下的c++编程

linux环境下的c++编程就C++开发工具而言,与Windows下微软(VC, VS2005等)一统天下相比,Linux/Unix下C++开发,可谓五花八门,各式各样。Emacs, vi, eclipse, anjuta,kdevelop等层出不穷。

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就C++开发工具而言,与Windows下微软(VC, VS2005等)一统天下相比,Linux/Unix下C++开发,可谓五花八门,各式各样。Emacs, vi, eclipse, anjuta,kdevelop等层出不穷。

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,VS2005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。

本文主要是一些针对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。

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。

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链表处理语言 (有专贴)

   LISP(全名LISt Processor,即链表处理语言),由约翰·麦卡锡在1960年左右创造的一种基于λ演算的函数式编程语言。

  LISP有很多种方言,各个实现中的语言不完全一样。各种LISP方言的长处在于操作符号性的数据和复杂的数据结构。1980年代Guy L. Steele编写了Common Lisp试图进行标准化,这个标准被大多数解释器和编译器所接受。在Unix/Linux系统中,还有一种和Emacs一起的Emacs Lisp(而Emacs正是用Lisp编写的)非常流行,并建立了自己的标准。

  LISP的祖先是1950年代Carnegie-Mellon大学的Newell、Shaw、Simon开发的IPL语言。

  LISP语言的主要现代版本包括Common Lisp和Scheme。

  lisp拥有理论上最高的运算能力

  lisp在cad绘图软件上的应用非常广泛,普通用户均可以用lisp编写出各种定制的绘图命令。

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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。

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GUN c的编译器, g++ 是GUN 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(命令行和图形模式) 。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。

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。

结束语

国内资料太多的低层次的重复,经常是一个网页被多次转载,而且回答问题时深度不够。个人找资料的顺序是:

查看quick start或how to文档->自带的帮助(如果看起来不太吃力话)->百度查一下中文网页,来理清一下基本概念->google查一下->几个大的,相关的网站查下资料->看自带帮助。再者,面对面的交流是十分重要的,大家可以相互理一下概念,交流一下心得。可惜,我身边这种氛围还是不够。 // 这种气氛现在想来是无比的难得

Linux下开发还可以更友好一些。个人感觉, linux开发要在国内普通程序员中大规模普及,还有一段很长的路要走。ubuntu火爆的主要原因,就是它帮用户搭好一些默认配置。用户如果想新加一些服务,它们提供了良好,有效地支持。所以,我想我们可以在IDE和现在linux这种一个个小部件的这两种状态之间,取一个折衷。也就是针对几种主要需求的用户,发布一些配置好的环境。尤其是emacs的各种el脚本(例如界面主题的color-theme, C/C++语言编辑策略,代码样式设置脚本,各种emacs系统设置), 第三方扩展包(模板template, 编程支持包cedet等)。每一个用户浪费时间来进行这些配置是十分没有意义的!工具始终只是工具,我们不能沦为工具的奴隶,不能把一大部分精力浪费在配置工具上。

值得注意的是现在方兴未艾的eclipse有向这方面迈进的趋势。但是,现在emacs已经做得很好了,ecilpse能否超越它,我们还有待观察。我们可以通过在eclipse上安装SDT插件来进行C++开发。但是,它目前还不支持调试功能,而且不太稳定,功能不够强。例如,有时会无故死掉;如果想通过eclipse来转向函数原型的话,那么迎接你的将是一个漫长、焦急的等待。

由于本人缺少在linux下进行实际大规模程序的开发经验,对很多工具和机制的理解还比较肤浅。对它们的熟悉程度离真正实用,还有一段很长的路要走。

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