Linux操作系统下C语言编程入门.doc

1、linux操作系统下c语言编程入门(一)目录介绍 1)Linux程序设计入门-基础知识 2)Linux程序设计入门-进程介绍 3)Linux程序设计入门-文件操作 4)Linux程序设计入门-时间概念 5)Linux程序设计入门-信号处理 6)Linux程序设计入门-消息管理 7)Linux程序设计入门-线程操作 8)Linux程序设计入门-网络编程 9)Linux下 C开发工具介绍(二)具体内容 1)Linux程序设计入门-基础知识 Linux下 C语言编程基础知识 前言: 这篇文章介绍在 LINUX下进行 C语言编程所需要的基础知识.在这篇文章当中,我们将 会学到以下内容: 源程序编译 M

2、akefile的编写 程序库的链接 程序的调试 头文件和系统求助 - - 1.源程序的编译 在 Linux下面,如果要编译一个 C语言源程序,我们要使用GNU的 gcc编译器. 下面我们 以一个实例来说明如何使用 gcc编译器. 假设我们有下面一个非常简单的源程序(hello.c): int main(int argc,char *argv) printf(“Hello Linuxn“); 要编译这个程序,我们只要在命令行下执行: gcc -o hello hello.c gcc 编译器就会为我们生成一个 hello的可执行文件.执行./hello 就可以看到程序的输出 结果了.命令行中 gc

3、c表示我们是用 gcc来编译我们的源程序,-o 选项表示我们要求编译器给我们输出的可执行文件名为 hello 而 hello.c是我们的源程序文件. gcc编译器有许多选项,一般来说我们只要知道其中的几个就够了. -o选项我们已经知道了,表示我们要求输出的可执行文件名. -c选项表示我们只要求编译器输出目标代码,而不必要输出可执行文件. -g选项表示我们要求编译器在编译的时候提供我们以后对程序进行调试的信息. 知道了这三个选项,我们就可以编译我们自己所写的简单的源程序了,如果你想要知道更多的选项,可以查看 gcc的帮助文档,那里有着许多对其它选项的详细说明. 2.Makefile的编写 假设我

4、们有下面这样的一个程序,源代码如下: main.c #include “mytool1.h“#include “mytool2.h“ int main(int argc,char *argv) mytool1_print(“hello“); mytool2_print(“hello“); /* mytool1.h */ #ifndef _MYTOOL_1_H #define _MYTOOL_1_H void mytool1_print(char *print_str); #endif /* mytool1.c */#include “mytool1.h“void mytool1_print(c

5、har *print_str) printf(“This is mytool1 print %sn“,print_str); /* mytool2.h */ #ifndef _MYTOOL_2_H #define _MYTOOL_2_H void mytool2_print(char *print_str); #endif/* mytool2.c */ #include “mytool2.h“ void mytool2_print(char *print_str) printf(“This is mytool2 print %sn“,print_str); 当然由于这个程序是很短的我们可以这样

6、来编译 gcc -c main.c gcc -c mytool1.c gcc -c mytool2.c gcc -o main main.o mytool1.o mytool2.o 这样的话我们也可以产生 main程序,而且也不时很麻烦.但是如果我们考虑一下如果有一天我们修改了其中的一个文件(比如说 mytool1.c)那么我们难道还要重新输入上面的命令?也许你会说,这个很容易解决啊,我写一个 SHELL脚本,让她帮我去完成不就可以了.是的对于这个程序来说,是可以起到作用的.但是当我们把事情想的更复杂一点,如果我们的程序有几百个源程序的时候,难道也要编译器重新一个一个的去编译? 为此,聪明的程

7、序员们想出了一个很好的工具来做这件事情,这就是 make.我们只要执行一下 make,就可以把上面的问题解决掉.在我们执行 make之前,我们要先编写一个非常重要的文件.-Makefile.对于上面的那个程序来说,可能的一个Makefile的文件是: # 这是上面那个程序的 Makefile文件 main:main.o mytool1.o mytool2.o gcc -o main main.o mytool1.o mytool2.o main.o:main.c mytool1.h mytool2.h gcc -c main.c mytool1.o:mytool1.c mytool1.h gc

8、c -c mytool1.c mytool2.o:mytool2.c mytool2.h gcc -c mytool2.c 有了这个 Makefile文件,不过我们什么时候修改了源程序当中的什么文件,我们只要执行 make 命令,我们的编译器都只会去编译和我们修改的文件有关的文件,其它的文件她连理都不想去理的. 下面我们学习 Makefile是如何编写的. 在 Makefile中#开始的行都是注释行.Makefile 中最重要的是描述文件的依赖关系的说明.一般的格式是: target: components TAB rule 第一行表示的是依赖关系.第二行是规则. 比如说我们上面的那个 Mak

9、efile文件的第二行 main:main.o mytool1.o mytool2.o 表示我们的目标(target)main 的依赖对象(components)是 main.o mytool1.o mytool2.o 当倚赖的对象在目标修改后修改的话,就要去执行规则一行所指定的命令.就象我们的上 面那个 Makefile第三行所说的一样要执行 gcc -o main main.o mytool1.o mytool2.o 注意规则一行中的 TAB表示那里是一个 TAB键 Makefile 有三个非常有用的变量.分别是$,$,$ int main(int argc,char *argv) dou

10、ble value; printf(“Value:%fn“,value); 这个程序相当简单,但是当我们用 gcc -o temp temp.c 编译时会出现下面所示的错误. /tmp/cc33Kydu.o: In function main: /tmp/cc33Kydu.o(.text+0xe): undefined reference to log collect2: ld returned 1 exit status 出现这个错误是因为编译器找不到 log的具体实现.虽然我们包括了正确的头文件,但是我们在编译的时候还是要连接确定的库.在 Linux下,为了使用数学函数,我们必须和数学库连

11、接,为此我们要加入 -lm 选项. gcc -o temp temp.c -lm 这样才能够正确的编译.也许有人要问,前面我们用 printf函数的时候怎么没有连接库呢?是这样的,对于一些常用的函数的实现,gcc 编译器会自动去连接一些常用库,这样我们就没有必要自己去指定了. 有时候我们在编译程序的时候还要指定库的路径,这个时候我们要用到编译器的 -L 选项指定路径.比如说我们有一个库在 /home/hoyt/mylib下,这样我们编译的时候还要加上 -L/h ome/hoyt/mylib.对于一些标准库来说,我们没有必要指出路径.只要它们在其缺省库的路径下就可以了.系统的缺省库的路径/lib

12、 /usr/lib /usr/local/lib 在这三个路径下面的库,我们可以不指定路径. 还有一个问题,有时候我们使用了某个函数,但是我们不知道库的名字,这个时候怎么办呢 ?很抱歉,对于这个问题我也不知道答案,我只有一个傻办法.首先,我到标准库路径下面去找看看有没有和我用的函数相关的库,我就这样找到了线程(thread)函数的库文件(libp thread.a). 当然,如果找不到,只有一个笨方法.比如我要找 sin这个函数所在的库. 就只好用 nm -o /lib/*.so|grep sin;/sin 命令,然后看/sin文件,到那里面去找了. 在 sin文件当中,我会找到这样的一行li

13、bm-2.1.2.so:00009fa0 W sin 这样我就知道了 sin在 libm-2.1.2.so库里面,我用 -lm 选项就可以了(去掉前面的 lib和后面的版本标志,就剩 下 m了所以是 -lm). 如果你知道怎么找,请赶快告诉我,我回非常感激的.谢谢! 4.程序的调试 我们编写的程序不太可能一次性就会成功的,在我们的程序当中,会出现许许多多我 们想不到的错误,这个时候我们就要对我们的程序进行调试了. 最常用的调试软件是 gdb.如果你想在图形界面下调试程序,那么你现在可以选择 xxgdb.记得要在编译的时候加入 -g 选项.关于 gdb的使用可以看 gdb的帮助文件.由于我没有用

14、过这个软件,所以我也不能够说出如何使用. 不过我不喜欢用 gdb.跟踪一个程序是很烦的事情,我一般用在程序当中输出中间变量的值来调试程序的.当然你可以选择自己的办法,没有必要去学别人的.现在有了许多 IDE环境,里面已经自己带了调试器了.你可以选择几个试 一试找出自己喜欢的一个用. 5.头文件和系统求助 有时候我们只知道一个函数的大概形式,不记得确切的表达式,或者是不记得这函数 在那个头文件进行了说明.这个时候我们可以求助系统. 比如说我们想知道 fread这个函数的确切形式,我们只要执行 man fread 系统就会输出这函数的详细解释的.和这个函数所在的头文件说明了. 如果我们要write

15、这个函数的说明,当我们执行 man write时,输出的结果却不是我们所需要的. 因为我们要的是 w rite这个函数的说明,可是出来的却是 write这个命令的说明.为了得到 write的函数说明 我们要用 man 2 write. 2 表示我们用的 write这个函数是系统调用函数,还有一个我们常用的是 3表示函数是 C的库函数. 记住不管什么时候,man 都是我们的最好助手. - 好了,这一章就讲这么多了,有了这些知识我们就可以进入激动人心的 Linux下的 C程序探险活动. 2)Linux程序设计入门-进程介绍 Linux下进程的创建 前言: 这篇文章是用来介绍在 Linux下和进程相

16、关的各个概念.我们将会学到: 进程的概念 进程的身份 进程的创建 守护进程的创建 - 1.进程的概念 Linux操作系统是面向多用户的.在同一时间可以有许多用户向操作系统发出各种命 令.那么操作系统是怎么实现多用户的环境呢? 在现代的操作系统里面,都有程序和进程的概念.那么什么是程序,什么是进程呢? 通俗的讲程序是一个包含可以执行代码的文件,是一个静态的文件.而进程是一个开始执行但是还没有结束的程序的实例.就是可执行文件的具体实现. 一个程序可能有许多进程,而每一个进程又可以有许多子进程.依次循环下去,而产生子孙进程. 当程序被系统调用到内存以后,系统会给程序分配一定的资源(内存,设备等等)然

17、后进行一系列的复杂操作,使程序变成进程以供系统调用.在系统里面只有进程没有程序,为了区分各个不同的进程,系统给每一个进程分配了一个 ID(就象我们的身份证)以便识别. 为了充分的利用资源,系统还对进程区分了不同的状态.将进程分为新建,运行,阻塞,就绪和完成五个状态. 新建表示进程正在被创建,运行是进程正在运行,阻塞是进程正在等待某一个事件发生,就绪是表示系统正在等待 CPU来执行命令,而完成表示进程已经结束了系统正在回收资源. 关于进程五个状态的详细解说我们可以看操作系统上面有详细的解说。 2。进程的标志 上面我们知道了进程都有一个 ID,那么我们怎么得到进程的ID呢?系统调用 getpid可

18、 以得到进程的 ID,而 getppid可以得到父进程(创建调用该函数进程的进程)的 ID.#include pid_t getpid(void); pid_t getppid(void); 进程是为程序服务的,而程序是为了用户服务的.系统为了找到进程的用户名,还为进程和用户建立联系.这个用户称为进程的所有者.相应的每一个用户也有一个用户 ID.通过系统调用getuid可以得到进程的所有者的 ID.由于进程要用到一些资源,而 Linux对系统资源是进行保护的,为了获取一定资源进程还有一个有效用户 ID.这个 ID和系统的资源使用有关 ,涉及到进程的权限. 通过系统调用 geteuid我们可以得

19、到进程的有效用户ID. 和用户 ID 相对应进程还有一个组 ID和有效组 ID系统调用 getgid和 getegid可以分别得到组 ID和有效 组 ID #include #include uid_t getuid(void); uid_t geteuid(void); gid_t getgid(void); git_t getegid(void); 有时候我们还会对用户的其他信息感兴趣(登录名等等),这个时候我们可以调用 getpwuid来得到. struct passwd char *pw_name; /* 登录名称 */ char *pw_passwd; /* 登录口令 */ uid_

20、t pw_uid; /* 用户 ID */ gid_t pw_gid; /* 用户组 ID */ char *pw_gecos; /* 用户的真名 */ char *pw_dir; /* 用户的目录 */ char *pw_shell; /* 用户的 SHELL */ ; #include #include struct passwd *getpwuid(uid_t uid); 下面我们学习一个实例来实践一下上面我们所学习的几个函数: #include #include #include #include int main(int argc,char *argv) pid_t my_pid,p

21、arent_pid; uid_t my_uid,my_euid; gid_t my_gid,my_egid; struct passwd *my_info; my_pid=getpid(); parent_pid=getppid(); my_uid=getuid(); my_euid=geteuid(); my_gid=getgid(); my_egid=getegid(); my_info=getpwuid(my_uid); printf(“Process ID:%ldn“,my_pid); printf(“Parent ID:%ldn“,parent_pid); printf(“User

22、ID:%ldn“,my_uid); printf(“Effective User ID:%ldn“,my_euid); printf(“Group ID:%ldn“,my_gid); printf(“Effective Group ID:%ldn“,my_egid): if(my_info) printf(“My Login Name:%sn“ ,my_info-pw_name); printf(“My Password :%sn“ ,my_info-pw_passwd); printf(“My User ID :%ldn“,my_info-pw_uid); printf(“My Group

23、ID :%ldn“,my_info-pw_gid); printf(“My Real Name:%sn“ ,my_info-pw_gecos); printf(“My Home Dir :%sn“, my_info-pw_dir); printf(“My Work Shell:%sn“, my_info-pw_shell); 3。进程的创建 创建一个进程的系统调用很简单.我们只要调用 fork函数就可以了. #include pid_t fork(); 当一个进程调用了 fork以后,系统会创建一个子进程.这个子进程和父进程不同的地方只有他的进程 ID和父进程 ID,其他的都是一样.就象父进程

24、克隆(clone)自己一样.当然创建 两个一模一样的进程是没有意义的.为了区分父进程和子进程,我们必须跟踪 fork的返回 值. 当 fork掉用失败的时候(内存不足或者是用户的最大进程数已到)fork 返回-1,否则 fork的返回值有重要的作用.对于父进程 fork返回子进程的 ID,而对于fork子进程返回 0.我们就是根据这个返回值来区分父子进程的. 父进程为什么要创建子进程呢?前面我们已经 说过了 Linux是一个多用户操作系统,在同一时间会有许多的用户在争夺系统的资源.有时 进程为了早一点完成任务就创建子进程来争夺资源. 一旦子进程被创建,父子进程一起从 fork 处继续执行,相互

25、竞争系统的资源.有时候我们希望子进程继续执行,而父进程阻塞直 到子进程完成任务.这个时候我们可以调用 wait或者waitpid系统调用.#include #include pid_t wait(int *stat_loc); pid_t waitpid(pid_t pid,int *stat_loc,int options); wait系统调用会使父进程阻塞直到一个子进程结束或者是父进程接受到了一个信号.如果没有父进程没有子进程或者他的子进程已经结束 wait回立即返回.成功时(因一个子进 程结束)wait将返回子进程的 ID,否则返回-1,并设置全局变量errno.stat_loc是子进程

26、的 退出状态.子进程调用 exit,_exit 或者是 return来设置这个值. 为了得到这个值 Linux定 义了几个宏来测试这个返回值. WIFEXITED:判断子进程退出值是非0 WEXITSTATUS:判断子进程的退出值(当子进程退出时非 0). WIFSIGNALED:子进程由于有没有获得的信号而退出. WTERMSIG:子进程没有获得的信号(在 WIFSIGNALED为真时才有意义). waitpid等待指定的子进程直到子进程返回.如果 pid为正值则等待指定的进程(pid).如果为 0则等待任何一个组 ID和调用者的组 ID相同的进程.为-1 时等同于 wait调用.小于-1

27、时等待任何一个组 ID等于 pid绝对值的进程. stat_loc 和 wait的意义一样. options 可以决定父进程的状态.可以取两个值 WNOHANG:父进程立即返回当没有子进程存在时. WUNTACHE D:当子进程结束时 waitpid返回,但是子进程的退出状态不可得到. 父进程创建子进程后,子进程一般要执行不同的程序.为了调用系统程序,我们可以使用系统调用 exec族调用.exec 族调用有着 5个函数. #include int execl(const char *path,const char *arg,.); int execlp(const char *file,con

28、st char *arg,.); int execle(const char *path,const char *arg,.); int execv(const char *path,char *const argv); int execvp(const char *file,char *const argv)； exec族调用可以执行给定程序.关于 exec族调用的详细解说可以参考系统手册(man exec l). 下面我们来学习一个实例.注意编译的时候要加 -lm 以便连接数学函数库. #include #include #include #include #include #includ

29、e void main(void) pid_t child;int status; printf(“This will demostrate how to get child statusn“); if(child=fork()=-1) printf(“Fork Error :%sn“,strerror(errno); exit(1); else if(child=0) int i; printf(“I am the child:%ldn“,getpid(); for(i=0;i #include #include #include #include #include #include /*

30、Linux 的默任个人的邮箱地址是 /var/spool/mail/用户的登录名 */ #define MAIL “/var/spool/mail/hoyt“ /* 睡眠 10秒钟 */ #define SLEEP_TIME 10 main(void) pid_t child; if(child=fork()=-1) printf(“Fork Error:%sn“,strerror(errno); exit(1); else if(child0) while(1); if(kill(getppid(),SIGTERM)=-1) printf(“Kill Parent Error:%sn“,st

31、rerror(errno); exit(1); int mailfd; while(1) if(mailfd=open(MAIL,O_RDONLY)!=-1) fprintf(stderr,“%s“,“007“);close(mailfd); sleep(SLEEP_TIME); 你可以在默认的路径下创建你的邮箱文件,然后测试一下这个程序.当然这个程序还有很多地方要改善的.我们后面会对这个小程序改善的,再看我的改善之前你可以尝试自己改 善一下.比如让用户指定邮箱的路径和睡眠时间等等.相信自己可以做到的.动手吧,勇敢的探险者. 好了进程一节的内容我们就先学到这里了.进程是一个非常重要的概念,许多

32、的程序都会用子进程.创建一个子进程是每一个程序员的基本要求! 3)Linux程序设计入门-文件操作 Linux下文件的操作 前言: 我们在这一节将要讨论 linux下文件操作的各个函数. 文件的创建和读写 文件的各个属性 目录文件的操作 管道文件 - -1.文件的创建和读写 我假设你已经知道了标准级的文件操作的各个函数(fopen,fread,fwrite等等).当然 如果你不清楚的话也不要着急.我们讨论的系统级的文件操作实际上是为标准级文件操作 服务的. 当我们需要打开一个文件进行读写操作的时候,我们可以使用系统调用函数 open.使用完成以后我们调用另外一个close函数进行关闭操作. #

33、include #include #include #include int open(const char *pathname,int flags); int open(const char *pathname,int flags,mode_t mode); int close(int fd); open函数有两个形式.其中 pathname是我们要打开的文件名(包含路径名称,缺省是认为在当前路径下面).flags 可以去下面的一个值或者是几个值的组合. O_RDONLY:以只读的方式打开文件. O_WRONLY:以只写的方式打开文件. O_RDWR:以读写的方式打开文件. O_APPEND

34、:以追加的方式打开文件. O_CREAT:创建一个文件. O_EXEC:如果使用了 O_CREAT而且文件已经存在,就会发生一个错误. O_NOBLOCK:以非阻塞的方式打开一个文件. O_TRUNC:如果文件已经存在,则删除文件的内容. 前面三个标志只能使用任意的一个.如果使用了 O_CREATE标志,那么我们要使用 open的第二种形式.还要指定 mode标志,用来表示文件的访问权限.mode 可以是以下情况的组合. S_IRUSR 用户可以读 S_IWUSR 用户可以写 S_IXUSR 用户可以执行 S_IRWXU 用户可以读写执行 S_IRGRP 组可以读 S_IWGRP 组可以写 S

35、_IXGRP 组可以执行 S_IRWXG 组可以读写执行 S_IROTH 其他人可以读 S_IWOTH 其他人可以写 S_IXOTH 其他人可以执行 S_IRWXO 其他人可以读写执行 S_ISUID 设置用户执行 ID S_ISGID 设置组的执行 ID 我们也可以用数字来代表各个位的标志.Linux 总共用 5个数字来表示文件的各种权限. 00000.第一位表示设置用户 ID.第二位表示设置组 ID,第三位表示用户自己的权限位,第四 位表示组的权限,最后一位表示其他人的权限. 每个数字可以取1(执行权限),2(写权限),4(读权限),0(什么也没有)或者是这几个值的和 比如我们要创建一个用

36、户读写执行,组没有权限,其他人读执行的文件.设置用户 ID位那么 我们可以使用的模式是-1(设置用户 ID)0(组没有设置)7(1+2+4)0(没有权限,使用缺省) 5(1+4)即 10705: open(“temp“,O_CREAT,10705); 如果我们打开文件成功,open 会返回一个文件描述符.我们以后对文件的所有操作就可以对这个文件描述符进行操作了. 当我们操作完成以后,我们要关闭文件了,只要调用 close就可以了,其中fd是我们要关闭的文件描述符. 文件打开了以后,我们就要对文件进行读写了.我们可以调用函数 read和 write进行文件的 读写. #include ssize

37、_t read(int fd, void *buffer,size_t count); ssize_t write(int fd, const void *buffer,size_t count); fd是我们要进行读写操作的文件描述符,buffer 是我们要写入文件内容或读出文件内容的内存地址.count 是我们要读写的字节数. 对于普通的文件 read从指定的文件(fd)中读取 count字节到 buffer缓冲区中(记住我们必须提供一个足够大的缓冲区),同时返回 count. 如果 read读到了文件的结尾或者被一个信号所中断,返回值会小于 count.如果是由信号中 断引起返回,而且没

38、有返回数据,read 会返回-1,且设置 errno为 EINTR.当程序读到了文件 结尾的时候,read 会返回 0. write从 buffer中写count字节到文件 fd中,成功时返回实际所写的字节数. 下面我们学习一个实例,这个实例用来拷贝文件. #include #include #include #include #include #include #include #define BUFFER_SIZE 1024 int main(int argc,char *argv) int from_fd,to_fd; int bytes_read,bytes_write; char b

39、ufferBUFFER_SIZE; char *ptr; if(argc!=3) fprintf(stderr,“Usage:%s fromfile tofilena“,argv0); exit(1); /* 打开源文件 */ if(from_fd=open(argv1,O_RDONLY)=-1) fprintf(stderr,“Open %s Error:%sn“,argv1,strerror(errno); exit(1); /* 创建目的文件 */ if(to_fd=open(argv2,O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR)=-1) fprintf(stde

40、rr,“Open %s Error:%sn“,argv2,strerror(errno); exit(1); /* 以下代码是一个经典的拷贝文件的代码 */ while(bytes_read=read(from_fd,buffer,BUFFER_SIZE) /* 一个致命的错误发生了 */ if(bytes_read=-1) else if(bytes_read0) ptr=buffer; while(bytes_write=write(to_fd,ptr,bytes_read) /* 一个致命错误发生了 */ if(bytes_write=-1) /* 写完了所有读的字节 */ else if(bytes_write=bytes_read) break; /* 只写了一部分,继续写 */ else if(bytes_write0)