Linux下C++基础篇

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以前没系统学过linux下C++的一些基本开发方法，所以抽空在网易云课堂上听了个课程简单学习一下基础，本文记录一下听课中的笔记。

课程前几章介绍开发环境、linux基础操作、配置SAMBA共享目录啥的就不进行记录了，毕竟听这个课是为了补一下linux下如何进行C++编程的基础知识。

最简单的两个命令记录一下：

g++ -c main.cpp -o main.o：表示将main.cpp编译成main.o中间文件。

g++ main.o -o helloworld：表示将main.o链接成可执行文件helloworld。

也可直接：

g++ main.cpp -o helloworld

第五章 makefile

makefile的基本规则在另一篇笔记里记录了，这里只记录几个新的点。

增量编译

增量编译其实在记录makefile的那篇笔记里也提过，就是当某个文件改变时，只增量编译受影响的文件，而不是把整个项目重新编译。

增量编译是靠文件时间来判断的，查看文件时间可以用：ls -ls --full-time

所谓的比较时间，规则如下：

  1. 如果target不存在，则执行make，否则转2；
  2. 如果dependencies的时间比target时间新，则执行make，否则转3；
  3. 输出已经是最新的了，不执行规则。

优化makefile

这个教程里的优化写的比较简单，但也可以学习：

  • 使用变量、通配符
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%.o:%.cpp
	g++  ‐c $<  ‐o $@
  • 自动罗列*.o文件
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CXX_SOURCES=$(wildcard*.cpp)
CXX_OBJECTS=$(patsubst%.cpp,%.o,$(CXX_SOURCES))
  • 头文件依赖

使用编译选项-MMD，比如g++ -c -MMD main.cpp -o main.o则会在生成main.o的同时生成main.d文件，该文件里的内容就是所需要的依赖，然后如下操作:

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DEP_FILES=$(patsubst%.o,%.d,$(CXX_OBJECTS))
%.o:%.cpp
	g++  ‐c‐MMD $<  ‐o $@

#使用‐include指令，将所有的.d文件包含进来
‐include$(DEP_FILES)
  • 利用foreach函数进行对子目录的支持

该章节最终的makefile如下，能支持简单使用了：

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######### 标准Makefile Lv1.0 ########
EXE=helloworld
SUBDIR=src object
#CXX_SOURCES=$(wildcard  *.cpp)
CXX_SOURCES =$(foreach dir,$(SUBDIR), $(wildcard $(dir)/*.cpp))
CXX_OBJECTS=$(patsubst  %.cpp, %.o, $(CXX_SOURCES))
DEP_FILES  =$(patsubst  %.o,  %.d, $(CXX_OBJECTS))

$(EXE): $(CXX_OBJECTS)
	g++  $(CXX_OBJECTS) -o $(EXE)
	
%.o: %.cpp
	g++  -c  -MMD $<  -o  $@

-include $(DEP_FILES)

clean: 
	rm  -rf  $(CXX_OBJECTS)  $(DEP_FILES)  $(EXE)

test:
	echo $(CXX_OBJECTS)

GDB

在compile这一步添加选项-g，如果没有用-g选项生成的可执行文件虽然也可以gdb运行，但是调试过程中不会显示调试信息，没什么用。

g++ -g main.cpp -o hello

b：添加断点

r：从头开始运行

n：下一步

c：程序继续运行直到下一处断点

p：显示表达式的值

info break：显示断点信息

del break n：删除编号n的断点

q：退出gdb

disp：监视变量的值

x：显示内存：x/16xb n，看16个单元，x表示16进制看，b表示每个单元多少字节，b是1个字节，h是2个字节，w是4个字节，g是8个字节。

bt：显示堆栈。

段错误

在Linux下，程序中如果进行了不正确的指针操作(如空指针访问、野指针访问)，那么程序会崩溃，发生段错误(Segment Fault)。

很容易复现的话就可以直接用GDB来调试。

当错误不容易复现的时候，可以使用内存转储的手段。

内存转储步骤如下：

  1. ulimit -c unlimited
  2. 运行程序，程序发生段错误退出时会将信息转储到core.*文件中
  3. 用gdb来查看段错误的代码位置gdb exe core.*。

一个程序生成时用了-g选项的话，生成的可执行文件会更大一些，因为包含了可调式信息。

如果要判断一个程序是否包含可调式信息，可以用objdump -h helloworld来判断，有debug就是有调试信息。

适用场合

  • 单元测试
  • 段错误的定位

不适用场合

  • 大型程序
  • 多线程

动态库和静态库

生成动态库

编译：g++ -c -fPIC example.cpp -o example.o

链接：g++ -shared example.o -o libexample.so

PIC：position independent code位置无关代码

动态库命名规范：libxxx.so

可以使用nm命令查看库中的符号。

使用动态库

包含头文件，调用里面的函数即可。

编译：g++ -c main.cpp -o main.o

链接：g++ main.o -o helloworld -L. -leample

-L.：指定库文件的位置

-leample：使用libexample.so这个动态库。

操作系统默认从标准位置寻找相应的库：/lib /usr/lib /usr/local/lib

如果没有就会去LD_LIBRARY_PATH环境变量里找。

所以要想使用自己的库，得做好上述设置。

查看依赖的库

readelf -d helloworld

通常目录结构是：

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libxxx/
	-lib/
	-include/

常用CXXFLAGS表示C++编译选项，LDFLAGS表示链接选项。

静态库

命名标准：libxxx.a

第一步，编译得到.o文件

第二步，打包ar -rcs libxxx.a file1.o file2.o...

静态库本质就是将.o文件打个包而已，因此可以像.o文件一样使用。

当静态库和动态库同时存在的时候，会优先选择动态库进行链接，若要使用静调库，泽科使用全路径方式指定静态库。

c++兼容c的库

以前就学过，用external “C”即可，但比较好的做法是在.h文件中就写好兼容C和C++的版本。

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#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif
...
#ifdef __cplusplus  
}
#endif

动态库的手工加载

使用dl库中的函数

#include<unistd.h>

#include<dlfcn.h>

具体再看教程吧，感觉用的不多，主要用dlopen、dlsym和dlclose方法。

Linux文件读写

简单来说有两种方式：

  1. ANSI C，使用stdio.h里的函数fopen、fclose、fwrite、fread。
  2. Linux API，open、close、write、read

推荐使用第一种吧，能被各平台支持。

使用第一种的时候，文件路径使用/，换行符Linux和windows下不同，linux是\n，windows是\n\r。

普通情况下均推荐使用ANSIC来操作文件。

仅当该文件表示一个外部设备时，才用LinuxAPI来操作。

线程

在Linux下，使用pthread库来创建和操作线程，pthread是Linux系统自带的一个库。

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pthread_create(&handle,//指代一个线程对象，pthreat_t类型的实例
				NULL,
               function,//线程入口函数，用函数指针
               context//线程参数
              )

线程主函数退出时，线程自然终止。

pthread_join（handle，NULL）：等待B线程自然退出，在B线程退出后回收B线程的系统资源。

pthread_cancel：用于终止取消一个正在运行的线程，不推荐使用。

互斥体

pthread_mutex_t hMutex；

pthread_mutex_init（&hMutext，NULL）；

pthread_mutext_destroy（&hMutext）；

pthread_mutext_lock(&hMutex);//不能获取锁的时候会阻塞，但trylock不能获取锁的时候就会直接返回。

pthread_mutext_unlock(&hMutex);

信号量Semaphore

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#include<unistd.h>
#include<semaphore.h>

sem_t hSem;
sem_init(&hSem,1,initial_value);
sem_destroy(&hSem);
sem_wait(&hSem);
sem_post(&hSem);

进程相关

何为进程？

当helloworld文件被运行后，在操作系统内部创建一个进程对象。

查看进程：ps。

top：实时查看进程。

kill强制杀死进程。

前台进程和后台进程

关闭终端时会关闭前台进程。

以后台进程运行，在命令行后面加一个&符号。

前后台进程切换：ctrl+z暂停任务，bg将任务送到后台继续任务，fg将任务拿到前台运行。

进程间通信

IPC：inter-process communicating。

四种方式：管道、消息队列、共享内存、网络套接字。

管道：pipe，是Linux操作系统提供的一个消息传递机制。

  1. 系统中创建一个文件，其文件类型为管道mkfifo message
  2. 进程A打开该文件写入数据
  3. 进程B打开该文件读取数据

open是阻塞的，read也是阻塞的，管道是单向的，和普通文件有区别。

系统调用

查看可用的系统调用man syscalls

如果找不到对应的系统调用，可以在代码里直接调用命令行，用system().

int ret = system("rm -rf *.txt");

该函数会阻塞。

也可以用popen（）：调用某个命令行，并获取其标准输出。

该函数是linux特有的，windows下对应的叫_popen/_pclose

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FILE* fp = popen("ifconfig","r");
int n = fread(buf,1,512,fp);
fclose(fp);

跨平台

尽量使用标准函数/类型/语法

可以用条件编译。