【Linux】拆分详解 - vim / gcc / makefile

【Linux】vim gcc makefile

前言

本文介绍了 Linux 中与编程强相关的三个工具：文本编辑器，代码编译器，自动化编译器。旨在帮助初学者快速入手使用 Linux 进行代码编写与编译。

一、Linux 编辑器 - vim

0. 简介

vi/vim 的区别简单点来说，它们都是多模式编辑器，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 x window、 mac os、windows。

1. 多模式切换

​
​

• 默认模式为命令模式，其余模式能且仅能在命令模式中切换。

  ESC ​键可以由其他模式回到默认模式

2. 各模式常见指令操作

• 命令模式

  1. 对光标所在行

     ① 复制 yy​

     ② 剪贴（删除）dd​

     ③ 粘贴 p​

     ④ 撤销 u​

     撤销上一次的撤销操作 ctrl + R​

     • 多行操作 n + yy/ pp/ dd​

  2. 光标快速定位

     ① 定位到文本最末尾（第 n 行） [n] shift + g = G​

     ② 定位到文本最开始 gg​

     ③ 光标局部定位​

     1. 方向控制 左下上右（历史遗留） HJKL​
     2. 定位到当前行尾 shift + 4 = $​
     3. 定位到当前行首 shift + 6 = ^​
     4. 以空格为分割的单词（多字符）作为单位，向后跳转 w​
     5. 以空格为分割的单词（多字符）作为单位，向前跳转 b​

  3. 光标所在位

     ① 从光标所在位开始（包括光标位） 向后 逐字符删除（指定字符个数）[n] x​

     ② ~ （不包括光标位）向前 ~ [n] shift + x = X​

     ③ 将光标位的字母进行大小写切换（非字母会向后跳过移动）shift + ~​

     ④ 替换（覆盖）[n] r​

     • 替换模式（输入的文本会直接覆盖掉原文本）shift + r = R​

  4. 查找字符/字符串

     ① 正向查找 /指定字符(串)​

     （从前往后），n 键跳转到下一个匹配的位置

     ② 反向查找 ?指定字符(串)​

     （从后往前），n 键跳转到上一个匹配的位置

• 视图模式（批量行操作）

  ​ctrl + v​ 进入，​HJKL​ 等（使用光标快速定位的相关操作）选中多行

  • ​shift + i​ 进入插入模式并执行所需修改

    ​ESC​ 两次，对选中的所有行同步 插入模式执行的修改操作

  • ​d​ 删除选中行

• 底行模式

  1. 显示行号
     :set nu​

  2. 跳转到指定行
     :数字​

  3. 保存，退出

     ① :q​
     退出，如果文件发生了修改，需要使用 !q​ ，意思是强制退出不保存修改

     ② :wq​ 保存并退出

     ③ 有时候 vim 发生了非正常退出，会临时保存一个副本，再次进入文件时会提示用户是否要恢复/删除该副本，才能继续使用 vim

     ​
     
     ​​

  4. 使用系统指令（不退出 vim）

     ​:!指令​

  5. 分屏，切换

     分屏 :vs 文件名​

     切换操作的文件 ctrl + w 两次​

二、gcc 使用

1. 语法

   ​gcc [选项] 源文件 [选项] 目标文件​ 分步编译

   ​gcc -o 目标文件 源文件​ 一步生成

2. 编译的四个阶段

   gcc -E code.c -o code.i # 1. 预处理
   gcc -S code.i -o code.s # 2. 编译
   gcc -c code.s -o code.o # 3. 编译+汇编（注意-c是小写）
   gcc -o code code.o      # 4. 链接
   
   gcc -o code code.c #直接生成可执行程序
   

3. 动 / 静态库

   1. 动/静态链接

      动态链接，如头文件，链接到外部的公共库

      静态链接，相当于将头文件直接拷贝到可执行程序内部，不依赖外部
      
      
      ​​

   2. 编译器自举

      当一款新的语言诞生时，是没有相应的编译器的，拿汇编语言为例，当汇编诞生时，第一款编译器必须由开发者使用二进制指令写一款编译器（因为机器只认识二进制），而第二款和以后的更新就可以使用汇编语言编写了，只要使用第一款编译器翻译成二进制指令即可。而 C 语言也是一样的，初版 C 编译器必须使用汇编语言编写（也可以用二进制写，但是前人已经写好了汇编编译器，为什么不用呢？），而第二版及以后的所有更新就可以使用 C 语言编写了。

      简而言之，就是一款新语言的初版编译器必须使用上一代语言或者二进制编写，而后的更新才可以使用新语言编写，这称之为编译器的自举过程

三、项目自动化构建工具 - make/Makefile

1. 简介

• 目的：自动化、局部化编译文件
• 一个工程中的源文件不计数，其按类型、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。

2. 语法

# 目标文件 : 依赖文件列表（一整行称为依赖关系）
#			依赖方法

proc:proc.c
	gcc -o proc proc.c 

1. 基本概念

   • 定义

     本质上 makefile 就是依赖关系和依赖方法的集合

   • 依赖关系

     proc:proc.c​ 称为依赖关系，由目标文件和依赖文件列表两部分组成

   • 依赖方法

     ​gcc -o proc proc.c​ 称为依赖方法，可以是任意指令（的集合）

     • 以 Tab 键开头，不能是空格

     • @（指令名）：关闭默认的指令回显，如 @gcc -o proc proc.c​

2. 特殊符号的使用

   • ​%​ ：Linux 中的通配符号

     ​%.c​ ：匹配当前目录下所有.c 文件

   • ​$​ ：替换符号

     ​$（变量名）​ ：将 $()​ ​整体替换为 变量存储的内容

     ​$^​ ：替换为所有依赖文件列表

     ​$@​ ：替换为所有目标文件

   proc.o:proc.c
   	gcc -c proc.o proc.c 
   
   #将当前目录下所有.c文件 通过gcc编译成 一个个.o文件
   %.o:%.c
   	gcc -c $< #将右侧的依赖文件一个一个交给gcc选项
   

   ​
   ​

3. 变量

   makefile 中的变量类似于 C 语言中的宏，没有类型，只用于存储内容替换。但需要配合替换符 $​ 才能达成替换效果

   proc:proc.c
   	gcc -o proc proc.c
   
   # 定义变量 bin，src 下方代码等同于上方代码   
   bin = proc
   src = proc.c
   
   $(bin):$(src)
           gcc $^ -o $@ # 将proc.c 编译成 proc
   

   ​
   ​

3. 特性

1. make

   • 直接 make​ ，默认形成 makefile 中自上而下 第一个目标文件（依据依赖关系，执行对应的依赖方法，生成目标文件）
   • 如果要形成其他目标文件（执行其他依赖关系和方法），则 make 目标文件名​

2. 执行 gcc 命令时，如果出现编译错误，会直接终止推导过程

3. 目标文件的修改时间晚于源文件时，make 会报错不执行

   • 原因：当目标文件的修改时间早于源文件时，说明源文件没有被修改过，那生成的目标文件不会有任何变化，make 此时认为没有必要去执行

   • ACM 时间

     ​Access​ ：原意指最新的访问时间

     （但是考虑到性能消耗问题，实际上为积累到一定访问次数才更新该时间）

     ​Change​ ：文件属性最新被修改的时间

     ​Modify​ ：文件内容最新被修改的时间

     ​

     注意：有时候 Modify 改变 会引发 Change 同步变化，这是因为修改文件内容可能会造成文件大小变化，而文件大小 是文件属性的一部分！

4. 反向推导（栈结构）

   make makefile 时，如果遇到 某依赖关系中的依赖文件不存在，则不会执行该依赖关系对应的依赖方法，跳过然后向下继续推导执行其他依赖关系，如果依赖文件又不存在，则继续跳过，直到遇到依赖文件存在，再逆向执行所有依赖方法

   ​
   ​

这里只是为了演示反向推导的规则，我们一般没什么大病不会这样写编译过程，而是直接一步到位

proc:proc.c
	gcc -o proc proc.c

4. 综合案例 - 进度条

4.1 预备知识

1. 回车与换行

   回车：将光标移到当前行的最前方（横向移动）

   换行：将光标原地向下移动到下一行（纵向）

   • 平时我们说的换行，大部分情况都是指回车和换行，即先回车再换行

     ​\r​ 回车

     ​\n​ 换行（c 语言中等同于 \r\n​ ）

2. 缓冲区

   • 概念和作用：

     我们的程序是运行在内存中的，printf 输出字符串时不会直接将内容写入到显示器文件中，而是先将其存入缓冲区，等到一定量后再一次性刷新到显示器，这样可以减少消耗。

     ‍

   ​
   ​

   • 示例：

     ​

     sleep 执行前 printf 已经完成执行了，此时字符串被输入到缓冲区，等到程序结束时会强制刷新缓冲区，我们就可以看到打印出来的内容。

     • 强制刷新：

       1. ​\n​ printf 中使用换行符会强制刷新缓冲区

          ​\r​ 不会刷新

       2. 程序结束，也会强制刷新缓冲区

       3. 使用库函数刷新标准输出流 fflush(stdout);​

4.2 代码实现

1. 倒计时

   1. 使用 \r​ + fflush(stdout)​ 强制刷新

      在同一行不断覆盖原先打印内容，达成倒计时效果

   2. ​%-2d​ 控制字符宽度和左对齐

      • 显示器没有类型的概念，都是打印一个一个的字符

        所以 printf 的格式化输出，实际上是把各种类型格式化为字符交给显示器（让我们看起来像各种类型数，实际上输出的是一个一个的字符）

        所以打印 10，实际上是打印字符 ‘1’ ‘0’，必须控制至少占据两个宽度，否则会有’0‘残留在第二个位置上

        ​
        
        ​

      • printf 默认为右对齐，-​ 改为左对齐

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int count = 10;
    while(count >= 0)
    {
        printf("%-2d\r", count); // \r回车，但是没有换行，也就没有刷新
        fflush(stdout); 
        count--;
        sleep(1);
    }
    printf("\n"); //换行，防止命令行提示符覆盖掉最后的0
    return 0;
}

2. 真实的进度条

   • 函数指针回调，可以使代码复用，只需传入不同的进度条刷新函数，就可以达成不同的进度条效果

process:main.c process.c
	gcc -o $@ $^
.PHONY:clean
clean:
	rm -f process

// --- process.h --- //
#pragma once
void FlushProcess(double total, double current);

// --- process.c --- //

#include "process.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#define NUM 101  //预留100个插入空间，剩下一个给‘/0’
#define STYLE '='
#define POINT '.'
#define SPACE ' '
const int pnum = 6;

// version 2:真实的进度条，应该根据具体的比如下载的量，来动态刷新进度
void FlushProcess(double total, double current)
{
    // 1. 更新当前进度的百分比
    double rate = (current/total)*100;

   // 2. 更新进度条主体
   char bar[NUM]; // 我们认为，1% 更新一个等号
   memset(bar, '\0', sizeof(bar)); //全部设置为\0，如有新内容插入就直接覆盖
								   // 可以使得printf打印完插入的内容就停止打印
   for(int i = 0; i < (int)rate; i++)
   {
       bar[i] = STYLE;
   }

   // 3. 更新旋转光标或者是其他风格
   static int num = 0;
   num++;
   num %= pnum; // %= 控制始终为 pnum长度的光标循环

   char points[pnum+1];
   memset(points, '\0', sizeof(points));
   for(int i = 0; i < pnum; i++)
   {
       if(i < num) points[i] = POINT;
       else points[i] = SPACE;
   }

   // 4. test && printf
	//单行动态显示 + 预留空间显示
   printf("[%-100s][%.1lf%%]%s\r", bar, rate, points);
   fflush(stdout);
   //sleep(1);
}

// --- main.c --- //

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#include "process.h"

typedef void (*flush_t)(double total, double current);// 这是一个刷新的函数指针类型

const int base = 100;
double total = 2048.0; // 2048MB
double once = 0.1;     // 0.5MB

// 进度条的调用方式
void download(flush_t f)
{
    double current = 0.0;
    while(current < total)
    {
        // 模拟下载行为
        int r = rand() % base + 1; // [1, 10]
        double speed = r * once;
        current += speed;
        if(current >= total) current = total;
        usleep(10000);

        // 更新除了本次新的下载量
        // 根据真实的应用场景，进行动态刷新
        //Process(total, 1.0);
        f(total, current);
        //printf("test: %.1lf/%.1lf\r", current, total);
        //fflush(stdout);
    }
    printf("\n");
}

int main()
{
    srand(time(NULL));
    download(FlushProcess);

    return 0;
}

总结

本文介绍了 Linux 中与编程强相关的三个工具：文本编辑器，代码编译器，自动化编译器。旨在帮助初学者快速入手使用 Linux 进行代码编写与编译。

尽管文章修正了多次，但由于水平有限，难免有不足甚至错误之处，敬请各位读者来评论区批评指正