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Linux应用程序开发

发布时间:2006年11月01日

Abstract

我的Linux应用程序开发笔记,从这里开始我的Linux开发之旅。


Table of Contents

1. C语言基础
1.1. 指针与数组
2. Linux程序开发基础概念
3. 文件处理
4. Linux环境

Chapter 1. C语言基础

Table of Contents

1.1. 指针与数组

Linux是使用C语言开发的,基于Linux平台的应用程序开发,C语言是首选的开发语言。本章记录C语言的基本概念\ 和基础知识。

1.1. 指针与数组

  • C语言中专门用来存放内存地址的变量叫指针(pointer)变量,简称指针。

  • &运算符用来取得变量地址,

  • "*"运算符用来取得指针变量的值。

  • 数组名是地址

Chapter 2. Linux程序开发基础概念

在设置Linux的系统路径时,使用冒号分隔每个路径名。如:

PATH="/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/bin/X11"

在Linux中的程序有两种,一种是可执行程序,与Windows下的.exe文件类似,一种是脚本,与Windows下的.bat文件类似。

Linux中常用的程序存放路径有以下几个:

  • /bin,该路径存放系统启动时需要使用的程序。

  • /usr/bin,该路径存放用户需使用的标准程序。

  • /usr/local/bin,该路径存放本地安装的程序。

  • Linux使用斜杠"/"分隔路径名,而不是Windows的反斜杠"\"。

  • Linux下的C编译器使用GCC,由于历史的原因,在POSIX兼容的操作系统中,C编译器都叫cc,所以Linux下也 有一个cc命令,它是一个到gcc的软链接。

开发工具,多数位于/usr/bin或/usr/local/bin目录下。

头文件,位于/usr/include目录。头文件包含有常量定义、系统调用和库函数调用的声明。这是系统默认的头文 件存放路径,在编译程序时,编译器会自动查找该目录。gcc编译器在编译程序时也可用-I参数指定另外的头文件路径。如:

gcc -I/usr/local/myinclude test.c。

库文件,库是一组已编译的函数集合,可方便我们重用代码。默认存放在/lib和/usr/lib目录。库文件可分为静 态和共享两类。

  • .a,静态库文件。使用静态库将会把所有的库代码引入程序,占用更多的磁盘空间和内存空间,所以一般建议使用共享库。

  • .so,共享库文件。使用共享库的程序不包含库代码,只在程序运行才调用共享库中的代码。

在编译时可用包含路径的库文件名或用-l参数指定使用的库文件,/usr/lib/libm.a等价于-lm。如:

gcc -o hello hello.c /usr/lib/libm.a  
或用-l参数写成 
gcc -o hello hello.c -lm

如果我们要使用的库文件不在默认位置,在编译程序时可用-L参数指定库文件的路径。下面例子使用了/usr/hello/lib目录下的libhello库文件:

gcc -o hello -L/usr/hello/lib hello.c -lhello

创建和使用静态库。

  • 分别创建两个函数,函数a的内容如下:

    #include <stdio.h>
    
    void a(char *arg)
    {
            printf("function a,hello world %s\n",arg);
    }
    

    函数b的内容如下:

    #include <stdio.h>
    
    void b(int arg)
    {
            printf("function b,hello world %d\n",arg);
    }
    
  • 接着,生成两个对象文件。

    debian:~/c# gcc -c a.c b.c
    debian:~/c# ls *.o
    a.o  b.o
    
  • 最后,用ar归档命令把生成的对象文件打包成一个静态库libhello.a。

    debian:~/c# ar crv libhello.a a.o b.o 
    r - a.o
    r - b.o
    
  • 为我们的静态库定义一个头文件lib.h,包含这两个函数的定义。

    /*
     * this is a header file.
     */
    void a(char *arg);
    void b(int arg);
    }}}
      * 创建jims.c程序,内容如下。{{{#!cplusplus
    #include "lib.h"
    
    int main()
    {
            a("jims.yang");
            b(3);
            exit(0);
    }
    
  • 利用静态链接库编译程序。

    debian:~/c# gcc -c jims.c
    debian:~/c# gcc -o jims jims.o libhello.a
    debian:~/c# ./jims
    function a,hello world jims.yang
    function b,hello world 3
    debian:~/c#                                       
    
    [Note]
    gcc -o jims jims.o libhello.a也可以写成gcc -o jims jims.o -L. -lhello。

预处理,在程序开头以“#”开头的命令就是预处理命令,它在语法扫描和分析法时被预处理程序处理。预处理有以下几类:

  • 宏定义,用#define指令定义。如:#define BUFFER 1024。取消宏定义用#undef指令。宏还可带参数,如:

    #define BUF(x) x*3
    
  • 包含头文件,用#include指令,可把包含的文件代码插入当前位置。如:

    <#include <stdio.h>。
    

    包含的文件可以用尖括号,也可用双引号,如:

    #include "stdio.h"。
    

    不同之处是,使用尖括号表示在系统的包含目录(/usr/include)下查找该文件,而双引号表示在当前目录下查找包含文件。每行只能包含一个包含文件,要包含多个文件要用多个#include指令。

  • 条件编译,格式如下:

    格式一,如果定义了标识符,则编译程序段1,否则编译程序段2:
    #ifdef 标识符
    程序段1
    #else
    程序段2
    #endif
    
    格式二,如果定义了标识符,则编译程序段2,否则编译程序段1,与格式一相反:
    #ifndef 标识符
    程序段1
    #else
    程序段2
    #endif 
    
    格式三,常量表达式为真则编译程序段1,否则编译程序段2:
    #if 常量表达式
    程序段1
    #else
    程序段2
    #endif 
    

使用gcc编译程序时,要经过四个步骤。

  • 预处理(Pre-Processing),用-E参数可以生成预处理后的文件。

    debian:~/c# gcc -E hello.c -o hello.i
    
  • 编译(Compiling)

  • 汇编(Assembling)

  • 链接(Linking)

GCC默认将.i文件看成是预处理后的C语言源代码,所以我们可以这样把.i文件编译成目标文件。

debian:~# gcc -c hello.i -o hello.o}}}

在GCC中使用-pedantic选项能够帮助程序员发现一些不符合ANSI/ISO C标准的代码,但不是全部。从程序员的角度看,函数库实际上就是一些头文件(.h)和库文件(.so或者.a)的集合。

Chapter 3. 文件处理

在Linux系统内所有东西都是以文件的形式来表示的,除一般的磁盘文件外,还有设备文件,如硬盘、声卡、串口、打印机等。设备文件又可分为字符设备文件(character devices)和块设备文件(block devices)。使用man hier命令 可以查看Linux文件系统的分层结构。文件的处理方法一般有五种,分别是:

  • open,打开一个文件或设备。

  • close,关闭一个打开的文件或设备。

  • read,从一个打开的文件或者设备中读取信息。

  • write,写入一个文件或设备。

  • ioctl,把控制信息传递给设备驱动程序。

open,close,read,write和ioctl都是低级,没有缓冲的文件操作函数,在实际程序开发中较少使用,一般我们使用标准I/O函数库来处理文件操作。如:fopen,fclose,fread,fwrite,fflush等。在使用标准I/O库时,需用到stdio.h头文件。

一些常用的文件和目录维护函数:chmod、chown、unlink、link、symlink、mkdir、rmdir、chdir、getcwd、opendir,closedir、readdir、telldir、seekdir等。

fcntl用于维护文件描述符,mmap用于分享内存。

创建文档并输入信息的示例代码:

#include <stdio.h>

main(void)
        {
        FILE *fp1;
        char c;

        fp1 = fopen("text.txt","w");
        while ((c = getchar())!= '\n')
                putc(c,fp1);
        fclose(fp1);
        }

显示路径的示例代码

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <dirent.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
        char *topdir = ".";
        if (argc >= 2)
                topdir = argv[1];

        printf("Directory scan of %s\n", topdir);
        printdir(topdir,0);
        printf("done.\n");

        exit(0);
}

printdir(char *dir, int depth)
{
        DIR *dp;
        struct dirent *entry;
        struct stat statbuf;

        if((dp = opendir(dir)) == NULL)
        {
                fprintf(stderr,"cannot open directory:%s\n",dir);
                return;
        }
        chdir(dir);
        while((entry = readdir(dp)) != NULL)
        {
                lstat(entry->d_name,&statbuf);
                if(S_ISDIR(statbuf.st_mode))
                {
                        if(strcmp(".",entry->d_name) == 0 || strcmp("..",entry->d_name) == 0)
                                continue;
                        printf("%*s%s/\n",depth,"",entry->d_name);
                        printdir(entry->d_name,depth+4);
                }
                else printf("%*s%s\n",depth,"",entry->d_name);
        }
        chdir("..");
        closedir(dp);
}

Chapter 4. Linux环境

void main()表示程序没有参数,int main(int argc, char *argv[])表示程序要带参数,argc保存着参数的个数,argv[]数组保存着参数列表。如:

debian:~# mytest a b c 
argc: 4
argv: ["mytest","a","b","c"]

getopt()函数和getopt_long()用来处理程序选项。getopt_long()函数可以处理以"--"开头的选项。Gnu官方手册页:http://www.gnu.org/software/libc/manual/html_node/Getopt.html

获取命令行参数的示例代码:

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

int main(int argc, char *argv[])
{
   int opt;

   while((opt = getopt(argc,argv,"if:lr")) != -1)       /* 返回“-1”表示已没选项需要处理。*/
   {
           switch(opt){
           case 'i':
           case 'l':
           case 'r':
                   printf("option: %c\n", opt);
                   break;
           case 'f':
                   printf("filename: %s\n", optarg);           /*如果选项需要一个参数,则参数存放在外部变量optarg中。*/
                   break;
           case ':':
                   printf("option needs a value \n");          /*“:”表示选项需要参数*/
                   break;
           case ' ':
                   printf("unknown option: %c\n", optopt);    /*返回“ ”表示无效的选项,并把无效的选项存放在外部变量optopt中。*/
                   break;
           }
   }
   for(; optind < argc; optind++)                      /*外部变量optind指向下一个要处理的选项索引值。*/
           printf("argument: %s\n", argv[optind]);
}

在bash shell中使用set命令可以列出Linux系统的环境变量,在C程序中我们也可以用putenv()和getenv()函数来获取Linux系统的环境变量。这两个函数的声明如下:

char *getenv(const char *name);
int putenv(const char *string);

系统有一个environ变量记录了所有的系统变量。下面的示例代码可把environ的值显示同来。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

extern char **environ;

int main()
{
        char **env = environ;

        while(*env)
        {
                printf("%s\n",*env);
                env++;
        }
}

linux和其它unix一样,使用GMT1970年1月1日子夜作为系统时间的开始,也叫UNIX纪元的开始。现在的时间表示为UNIX纪元至今经过的秒数。

#include <time.h>
 time_t time(time_t *t);

显示系统时间的示例代码:
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
        int i;
        time_t the_time;

        for(i = 1; i <= 10; i++){
                the_time = time((time_t *)0);
                printf("%d  the time is %ld\n", i, the_time);
                sleep(2);
        }
}

用ctime()函数以友好方式返回当前时间,它的函数声明格式:

#include <time.h>
char *ctime(const time_t *timeval);

示例:
#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
        time_t time1;

        (void)time(&time1);
        printf("The date is: %s\n",ctime(&time1));
}

用mkstemp()函数创建临时文件。声明:

#include<stdlib.h>
int mkstemp(char * template);

示例:
#include <stdio.h>

int main(void)
{
        char template[] = "template-XXXXXX";
        int fp;
        fp = mkstemp(template);
        printf("template = %s\n", template);
        close(fp);
}

获取用户信息。

声明:
#include <sys/types.h>
#include <pwd.h>
struct passwd *getpwuid(uid_t uid);   /* 根据uid返回用户信息 */
struct passwd *getpwnam(const char *name);   /* 根据用户名返回用户信息 */

passwd结构体说明:
passwd Member Description
char *pw_name          The user's login name
uid_t pw_uid             The UID number
gid_t pw_gid             The GID number
char *pw_dir            The user's home directory
char *pw_gecos        The user's full name
char *pw_shell         The user's default shell

示例代码:
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <pwd.h>

int main(void)
{
        uid_t uid;
        gid_t gid;
        struct passwd *pw;

        uid = getuid();
        gid = getgid();
        pw = getpwuid(uid);

        printf("User is %s\n", getlogin());
        printf("The uid is:%d\n", uid);
        printf("The gid is:%d\n",gid);
        printf("The pw struct:\n name=%s, uid=%d, gid=%d, home=%s,shell=%s\n", pw->pw_name, pw->pw_uid, pw->pw_gid, pw->pw_dir, pw->pw_shell);
}

用gethostname()函数获取主机名。

函数声明:
#include <unistd.h>
int gethostname(char *name, size_t namelen);    /* 主机名返回给name变量 */

示例代码:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(void)
{
        char computer[100];
        int status;

        status = gethostname(computer, 100);
        printf("The status is %d\n", status);
        printf("The hostname is: %s\n", computer);
}

用uname()函数获取主机详细信息,就像shell的uname命令返回的信息一样。

函数声明:
#include <sys/utsname.h>
int uname(struct utsname *name);

utsname结构体说明:
utsname Member                  Description
char sysname[]                  The operating system name
char nodename[]                 The host name
char release[]                  The release level of the system
char version[]                  The version number of the system
char machine[]                  The hardware type

示例代码:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/utsname.h>

int main(void)
{
        char computer[100];
        int status;
        struct utsname uts;

        status = gethostname(computer,100);
        printf("The computer's size is %d\n",sizeof(computer));
        printf("The status is %d\n", status);
        printf("The hostname is: %s\n", computer);

        uname(&uts);
        printf("The uname's information.\n uts.sysname=%s\n uts.machine=%s\n uts.nodename=%s\n uts.release=%s\n uts.version=%s\n", uts.sysname,uts.machine,uts.nodename,uts.release,uts.version);
}

使用syslog()函数处理日志信息。

函数声明:
#include <syslog.h>
void syslog(int priority, const char *message, arguments...);

priority参数的格式(severity level|facility code)
示例: 
LOG_ERR|LOG_USER

severity level:
Priority Level               Description
LOG_EMERG                    An emergency situation
LOG_ALERT                    High-priority problem, such as database corruption
LOG_CRIT                     Critical error, such as hardware failure
LOG_ERR                      Errors
LOG_WARNING                  Warning
LOG_NOTICE                   Special conditions requiring attention
LOG_INFO                     Informational messages
LOG_DEBUG                    Debug messages

facility value(转自syslog.h头文件):
/* facility codes */
#define LOG_KERN        (0<<3)  /* kernel messages */
#define LOG_USER        (1<<3)  /* random user-level messages */
#define LOG_MAIL        (2<<3)  /* mail system */
#define LOG_DAEMON      (3<<3)  /* system daemons */
#define LOG_AUTH        (4<<3)  /* security/authorization messages */
#define LOG_SYSLOG      (5<<3)  /* messages generated internally by syslogd */
#define LOG_LPR         (6<<3)  /* line printer subsystem */
#define LOG_NEWS        (7<<3)  /* network news subsystem */
#define LOG_UUCP        (8<<3)  /* UUCP subsystem */
#define LOG_CRON        (9<<3)  /* clock daemon */
#define LOG_AUTHPRIV    (10<<3) /* security/authorization messages (private) */
#define LOG_FTP         (11<<3) /* ftp daemon */

示例代码:
#include <syslog.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
        FILE *f;

        f = fopen("abc","r");
        if(!f)                                    
                syslog(LOG_ERR|LOG_USER,"test - %m\n");       
}

上面的日志信息由系统自动给出,我们也可过滤日志信息。用到以下函数:

#include <syslog.h>
void closelog(void);
void openlog(const char *ident, int logopt, int facility);
int setlogmask(int maskpri);

logopt参数的选项:
logopt Parameter    Description
LOG_PID             Includes the process identifier, a unique number allocated to each process by the system, in the messages.
LOG_CONS            Sends messages to the console if they can’t be logged.
LOG_ODELAY          Opens the log facility at first call to .
LOG_NDELAY          Opens the log facility immediately, rather than at first log.

示例代码:
#include <syslog.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(void)
{
        int logmask;

        openlog("logmask", LOG_PID|LOG_CONS, LOG_USER); /*日志信息会包含进程id。*/
        syslog(LOG_INFO, "informative message, pid=%d", getpid()); 
        syslog(LOG_DEBUG,"debug message, should appear");   /*记录该日志信息。*/
        logmask = setlogmask(LOG_UPTO(LOG_NOTICE));     /*设置屏蔽低于NOTICE级别的日志信息。*/
        syslog(LOG_DEBUG, "debug message, should not appear");  /*该日志信息被屏蔽,不记录。*/
}

不同安全级别的日志信息存放在/var/log目录下的哪个文件中是由/etc/syslog.conf文件控制的,下面是我系统中syslog.conf文件的内容:

#  /etc/syslog.conf     Configuration file for syslogd.
#
#                       For more information see syslog.conf(5)
#                       manpage.

#
# First some standard logfiles.  Log by facility.
#

auth,authpriv.*                 /var/log/auth.log
*.*;auth,authpriv.none          -/var/log/syslog
#cron.*                         /var/log/cron.log
daemon.*                        -/var/log/daemon.log
kern.*                          -/var/log/kern.log
lpr.*                           -/var/log/lpr.log
mail.*                          -/var/log/mail.log
user.*                          -/var/log/user.log
uucp.*                          /var/log/uucp.log

#
# Logging for the mail system.  Split it up so that
# it is easy to write scripts to parse these files.
#
mail.info                       -/var/log/mail.info
mail.warn                       -/var/log/mail.warn
mail.err                        /var/log/mail.err

# Logging for INN news system
#
news.crit                       /var/log/news/news.crit
news.err                        /var/log/news/news.err
news.notice                     -/var/log/news/news.notice

#
# Some `catch-all' logfiles.
#
*.=debug;\
        auth,authpriv.none;\
        news.none;mail.none     -/var/log/debug
*.=info;*.=notice;*.=warn;\
        auth,authpriv.none;\
        cron,daemon.none;\
        mail,news.none          -/var/log/messages

#
# Emergencies are sent to everybody logged in.
#
*.emerg                         *

#
# I like to have messages displayed on the console, but only on a virtual
# console I usually leave idle.
#
#daemon,mail.*;\
#       news.=crit;news.=err;news.=notice;\
#       *.=debug;*.=info;\
#       *.=notice;*.=warn       /dev/tty8

# The named pipe /dev/xconsole is for the `xconsole' utility.  To use it,
# you must invoke `xconsole' with the `-file' option:
#
#    $ xconsole -file /dev/xconsole [...]
#
# NOTE: adjust the list below, or you'll go crazy if you have a reasonably
#      busy site..
#
daemon.*;mail.*;\
        news.crit;news.err;news.notice;\
        *.=debug;*.=info;\
        *.=notice;*.=warn       |/dev/xconsole