C语言——linux编程（上）

目录

1、LInux操作系统

1.2、Linux操作系统的主要特点包括：

1.3、Linux操作系统的常见特点还有：

2、shell命令与Makefile

2.1、常见的shell命令

2.2、shell脚本

2.2.1、为什么使用shell脚本

2.2.2、怎么编写shell脚本

2.2.3、一些常用的shell脚本编写技巧：

2.2.4、示例

2.3、Makefile

2.3.1、Makefile的主要特点

2.3.2、使用Makefile的原因

2.3.3、示例

2.4Makefile与shell的区别

3、IO操作

3.1、缓冲

3.2、默认的IO

3.3、打开文件

4、库

4.1、库在编译中的作用

4.2、静态库

4.2.1、静态库的特点

4.2.2、静态库的制作

4.2.3、静态库的使用

4.3、动态库

4.3.1、动态库的特点

4.3.2、动态库的制作

4.3.3、动态库的使用

1、LInux操作系统

概念：操作系统是一款进行软硬件资源管理的软件
操作系统的意义在于它在计算机硬件和用户之间提供了一层抽象，使得用户和应用程序能够更高效、更安全地使用计算机资源

1.2、Linux操作系统的主要特点包括：

1. 开源：Linux的源代码是开源的，这意味着开发者可以自由地查看、修改和分发代码。
2. 免费：Linux操作系统是免费的，不需要付费使用。
3. 可定制：Linux操作系统可以根据需要进行定制，包括添加或删除功能、修改界面等。
4. 高安全性：Linux操作系统具有高安全性，因为它具有强大的访问控制机制和病毒检测功能。
5. 高可靠性：Linux操作系统具有高可靠性，因为它具有自动故障检测和恢复机制。
6. 广泛支持：Linux操作系统支持广泛的硬件平台和应用程序。

1.3、Linux操作系统的常见特点还有：

1. shell命令：Linux操作系统使用shell命令来控制和管理系统。
2. 文件系统：Linux操作系统使用文件系统来存储和管理文件。
3. 进程管理：Linux操作系统使用进程管理来控制和管理进程。
4. 网络管理：Linux操作系统使用网络管理来控制和管理网络。

2、shell命令与Makefile

2.1、常见的shell命令

文件和目录操作:

• ls: 列出目录内容。 常用选项如 -l (长格式), -a (显示隐藏文件), -h (以人类可读的格式显示文件大小)。
• cd: 改变当前工作目录。
• pwd: 显示当前工作目录。
• mkdir: 创建目录。
• rmdir: 删除空目录。
• rm: 删除文件或目录。 -r 选项递归删除目录及其内容，使用需谨慎！
• cp: 复制文件或目录。
• mv: 移动或重命名文件或目录。
• touch: 创建空文件或更新文件时间戳。
• find: 查找文件。 功能强大，选项众多，需要学习其用法。
• locate: 快速查找文件（基于数据库，需要更新数据库）。

文件内容操作:

• cat: 显示文件内容。
• less: 分页显示文件内容，方便阅读大型文件。
• head: 显示文件开头几行。
• tail: 显示文件结尾几行，-f 选项可以实时监控文件变化。
• grep: 在文件中查找特定模式的行。 非常强大，支持正则表达式。
• sed: 流编辑器，用于对文本进行编辑。
• awk: 文本处理工具，擅长处理表格数据。

系统管理:

• df: 显示磁盘空间使用情况。
• du: 显示目录或文件大小。
• ps: 显示正在运行的进程。
• top: 动态显示系统进程信息。
• kill: 终止进程。
• shutdown: 关闭或重启系统。
• reboot: 重启系统。
• sudo: 以root权限执行命令。
• apt-get (Debian/Ubuntu) 或 yum (CentOS/RHEL) : 包管理工具，用于安装、更新和删除软件包。

网络:

• ping: 测试网络连接。
• ifconfig 或 ip: 查看网络接口信息。
• netstat 或 ss: 查看网络连接状态。
• wget: 下载文件。

这只是一些最常用的命令，还有很多其他的命令可以根据你的需求学习和使用。 建议学习使用 man 命令查看命令的手册页，了解每个命令的详细用法和选项。 例如，输入 man ls 可以查看 ls 命令的手册页。

2.2、shell脚本

shell脚本是一种文本文件，包含一系列命令和控制语句，可以自动执行一系列操作。shell脚本通常以.sh或.bash为扩展名，使用shell语言编写。

2.2.1、为什么使用shell脚本

1. 自动化任务：shell脚本可以自动执行一系列复杂的任务，提高工作效率和减少人工错误。
2. 重复性任务：shell脚本可以重复执行相同的任务，减少人工劳动和提高效率。
3. 可维护性：shell脚本可以轻松维护和修改，降低维护成本。
4. 可扩展性：shell脚本可以轻松扩展和修改，适应新的需求和场景。

2.2.2、怎么编写shell脚本

1. 选择shell类型：选择合适的shell语言，常用的有Bash、Zsh、Fish等。
2. 写入命令：在脚本文件中编写命令，使用shell语言编写。
3. 使用控制语句：使用控制语句，如if-else、for循环、while循环等，控制命令的执行顺序。
4. 使用变量：使用变量存储数据，方便在脚本中使用。
5. 测试脚本：使用 sh 命令或 bash 命令执行脚本，测试脚本是否正确。
6. 修复错误：根据错误信息修复脚本中的错误。
7. 优化脚本：根据实际情况优化脚本，提高执行效率和可维护性。

2.2.3、一些常用的shell脚本编写技巧：

• 使用 #!/bin/bash 或 #!/bin/sh 作为文件开头，指定shell类型。
• 使用 set -e 命令来设置退出OnError，脚本一旦错误就退出。
• 使用 set -x 命令来设置Debug模式，输出命令执行过程。
• 使用 if-else 语句来控制命令的执行顺序。
• 使用 for 语句来循环执行命令。
• 使用 while 语句来循环执行命令。
• 使用 trap 命令来捕捉信号，例如Ctrl+C。

2.2.4、示例

#!/bin/bash

# 读取用户输入的文件个数
read -p "请输入要创建的文件个数：" num

# 创建文件
for ((i=1; i<=$num; i++)); do
  # 创建文件
  touch file${i}
  # 在文件中写入该文件是第几个
  echo "This is file i">>filei" >> filei">>file{i}
done

使用 bash 编写的 shell 脚本，实现批量创建文件，并在每个文件中写入该文件是第几个；

 保存这个脚本到一个文件中（例如 create_files.sh），并将其设置为可执行文件：

chmod +x create_files.sh

 最后直接运行该文件，就可以实现脚本批量创建文件了

2.3、Makefile

Makefile是一个自动化编译和构建的工具，它可以根据依赖关系来自动编译和构建项目；

Makefile中使用时间戳可以帮助确定文件是否需要重新编译

2.3.1、Makefile的主要特点

1. 可以自动化编译和构建过程，使得开发人员可以专注于编写代码，而不是手动编译和构建。
2. 支持依赖关系，使得Makefile可以根据项目的依赖关系来自动编译和构建。
3. 可以灵活地配置编译和构建参数，例如编译器、编译器选项、输出文件等。
4. 可以在多个平台上使用，例如Linux、Unix、Windows等。

2.3.2、使用Makefile的原因

1. 提高编译和构建效率：Makefile可以自动化编译和构建过程，使得开发人员可以快速地编译和构建项目。
2. 提高代码可维护性：Makefile可以根据依赖关系来自动编译和构建，使得开发人员可以更好地理解和维护代码。
3. 提高项目的可重复性：Makefile可以确保项目的编译和构建结果是一致的，使得开发人员可以更好地控制项目的构建过程。
4. 提高项目的可扩展性：Makefile可以灵活地配置编译和构建参数，使得开发人员可以根据需要来调整编译和构建过程。

2.3.3、示例

CC=gcc
CFLAGS=-c

all: main main_share

main: main.o func.o
    $(CC) main.o func.o -o main
    cp main ./share/

main.o: main.c func.h
    (CC)(CC) (CC)(CFLAGS) main.c

func.o: func.c func.h
    (CC)(CC) (CC)(CFLAGS) func.c

main_share: main
    cp main ./share/

clean:
    rm -f main main.o func.o
    rm -f ./share/main

这个 Makefile 做的事情是：

• 编译 main.c 和 func.c 生成对象文件 main.o 和 func.o。
• 将对象文件编译成可执行文件 main。
• 将可执行文件复制到 ./share/ 文件夹。
• 定义一个目标 clean，用来删除编译产生的文件。

终端输入make，就进行编译产生需要的文件，make clean就可以删除编译产生的文件

2.4Makefile与shell的区别

Makefile和shell是两种不同的编程语言和工具。

Makefile是专门用于编译、链接和管理大型项目的脚本语言。它使用Make工具来自动化编译和构建过程，可以根据依赖关系和目标文件来确定编译顺序和步骤。Makefile通常用于大型软件项目、操作系统、数据库等领域。

Shell是命令行接口，可以执行系统命令、脚本和程序。Shell语言使用一种称为shell script的脚本语言，可以在命令行中执行命令、读取文件、处理数据等。Shell通常用于系统管理、脚本编写、自动化任务等领域。

以下是Makefile和shell的一些主要区别：

1. 目的：Makefile主要用于编译和构建大型项目，shell主要用于执行系统命令和脚本。
2. 语言：Makefile使用Make语言，shell使用shell script语言。
3. 逻辑结构：Makefile使用规则和目标文件来描述编译过程，shell使用命令和脚本来描述执行过程。
4. 执行方式：Makefile使用Make工具来执行编译和构建过程，shell使用shell interpreter来执行脚本和命令。

总的来说，Makefile和shell都是编程语言，但它们有不同的使用场景和特点。

3、IO操作

前面的帖子中，已经介绍了标准IO与系统IO就不从头说起了

我们直接深入一点介绍一些需要注意的点

3.1、缓冲

• 标准IO的缓冲：标准IO 库（如 stdio.h）通常会自动管理缓冲区，以提高文件操作的效率。缓冲区可以是全缓冲、行缓冲或无缓冲。

  • 全缓冲：数据在缓冲区满时才会写入文件。
  • 行缓冲：每次遇到换行符时写入文件。
  • 无缓冲：数据直接写入文件，没有缓冲。

• 系统IO的缓冲：系统IO 没有自动缓冲机制，需要程序员手动管理缓冲区。这意味着每次读写操作都会直接与文件系统交互，性能较低。

3.2、默认的IO

在我们使用文件描述符的时候会发现，文件描述符表现就是一个整数，虽然他是一个结构体，但是我们可以当作一个结构体类型的整数来使用。

那么在使用过程中，有没有细心的小伙伴发现，文件IO的文件描述符是从3开始增加的呢？

那么 0、1、2去那里了？？默认从3开始吗？

其实0、1、2是默认打开的文件IO，他们分别是标准输入，标准输出，标准错误

3.3、打开文件

不同的文件打开模式（如读写、只读、只写）可能会影响IO操作的结果；

所以我在OPEN的时候，就需要想好我们对文件进行什么操作

4、库

Linux库是一些预编译好的代码集合，包含函数、变量和数据结构等，可以被多个程序共享使用。它们类似于积木块，可以简化程序开发，提高代码复用率，并减少程序的体积。

linux下的库有两种：静态库和共享库（动态库）。二者的不同点在于代码被载入的时刻不同。 

静态库在程序编译时会被连接到目标代码中，程序运行时将不再需要该静态库，因此体积较大。

动态库在程序编译时并不会被连接到目标代码中，而是在程序运行时才被载入，因此在程序运行时还需要动态库存在，因此代码体积较小。

4.1、库在编译中的作用

1. 代码复用: 程序员无需重复编写已有的功能代码，可以直接使用库中提供的函数和数据结构。
2. 模块化开发: 库将代码组织成模块化的单元，提高代码的可维护性和可扩展性。
3. 提高效率: 库通常是用优化过的代码编写，可以提高程序的运行效率。
4. 链接过程: 编译器在编译程序时，会将程序使用的库函数链接到程序中，生成可执行文件。这需要链接器完成。 静态链接将库代码直接复制到可执行文件中，动态链接则是在运行时加载库。

4.2、静态库

4.2.1、静态库的特点

• 独立性: 可执行文件独立于静态库，无需外部依赖。
• 体积: 可执行文件体积较大，因为包含了所有库代码。
• 更新困难: 更新静态库需要重新编译整个程序。
• 版本冲突: 多个程序使用不同版本的同一静态库可能导致冲突（虽然概率较低，因为静态链接会在编译时解决符号问题）。
• 空间浪费: 如果多个程序使用同一个静态库，每个程序都会包含一份库代码的副本，造成空间浪费。

4.2.2、静态库的制作

通常，静态库的后缀名为.a (在Linux下) 或 .lib (在Windows下)。制作静态库一般需要以下步骤：

1. 编写代码: 编写需要打包成静态库的源代码文件（例如，.c 或 .cpp 文件）。
2. 编译成目标文件: 使用编译器将源代码编译成目标文件（例如，.o 文件）。 这通常使用 gcc -c *.c -o *.o 命令完成。
3. 创建静态库: 使用 ar 命令将目标文件打包成静态库。例如：ar rcs libmylib.a *.o 这将创建名为 libmylib.a 的静态库。

4.2.3、静态库的使用

在编译程序时，需要链接静态库。例如，使用 gcc main.c -L. -lmylib -o myprogram 命令编译 main.c 文件，并链接 libmylib.a 静态库。

• -L. 指定库文件的搜索路径为当前目录。
• -lmylib 指定链接的库名为 libmylib.a (注意去掉lib前缀和.a后缀)

4.3、动态库

4.3.1、动态库的特点

1. 可以被多个程序共享：因为动态库在程序运行时被加载到内存中，所以多个程序可以共享同一个动态库，减少了内存的占用。
2. 可以在程序运行时被加载：动态库可以在程序运行时被加载，而不是在编译时。
3. 可以被卸载：动态库可以在程序运行时被卸载，从而释放内存。

4.3.2、动态库的制作

1. 创建一个库文件：使用编译器创建一个库文件，例如使用 GCC 创建一个 .so 文件。
2. 定义库的接口：在库文件中定义库的接口，以便其他程序可以使用。
3. 编译库文件：编译库文件以生成一个可执行文件。
4. 创建一个共享对象文件：使用 objdump 或 objcopy 工具将可执行文件转换为一个共享对象文件。

4.3.3、动态库的使用

1. 在程序中包含库文件：在程序中包含库文件，以便程序可以使用库的接口。
2. 链接库文件：使用链接器将库文件链接到程序中。
3. 在程序中使用库接口：在程序中使用库的接口，以便实现所需的功能。

在 Linux 中，可以使用以下命令创建一个动态库：

gcc -shared -o libmylib.so mylib.c

然后，可以在程序中使用以下命令链接库文件：

gcc -o myprogram myprogram.c -L. -lmylib

其中，-L. 指示链接器在当前目录中搜索库文件，-lmylib 指示链接器链接 libmylib.so 库文件。