linux系统编程入门

一、搭建环境

1、安装 Linux 系统（虚拟机安装、云服务器）

https://releases.ubuntu.com/bionic/

2、安装 XSHELL、XFTP

https://www.netsarang.com/zh/free-for-home-school/

3、安装 visual studio code

https://code.visualstudio.com/

4、Linux环境配置

安装 VMTools

解压 vmware-tools-distrib 到桌面，进入文件夹后，用命令行打开，并输入下面命令进行安装

sudo ./vmware-install.pl

安装 openssh-server

这里提示出了，依赖的openssh-client包版本高了，安装不了openssh-server

openssh-server : 依赖: openssh-client (= 1:7.6p1-4)

因此需要重新安装这个包，也就是给系统里这个包降级，将如上的版本号跟在安装包后面指定要安装的版本

正在读取软件包列表... 完成
正在分析软件包的依赖关系树       
正在读取状态信息... 完成       
有一些软件包无法被安装。如果您用的是 unstable 发行版，这也许是
因为系统无法达到您要求的状态造成的。该版本中可能会有一些您需要的软件
包尚未被创建或是它们已被从新到(Incoming)目录移出。
下列信息可能会对解决问题有所帮助：下列软件包有未满足的依赖关系：openssh-server : 依赖: openssh-client (= 1:7.6p1-4)依赖: openssh-sftp-server 但是它将不会被安装推荐: ssh-import-id 但是它将不会被安装
E: 无法修正错误，因为您要求某些软件包保持现状，就是它们破坏了软件包间的依赖关系

sudo apt-get install openssh-client=1:7.6p1-4
sudo apt install -y openssh-server

安装 net-tools

安装后就可以使用 ifconfig 命令来查看本机IP

sudo apt install net-tools

安装 vim

sudo apt-get purge vim-common
sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get install vim

5、Visual Studio Code 安装相关插件

Chinese (Simplified) (简体中文) Language
Remote Development
C/C++ Extension Pack
Rainbow Brackets

安装完 Remote Development 插件后需要进行配置

修改为自己 Linux 的相关配置信息

先查看 Ubuntu 的 IP 地址信息

# Read more about SSH config files: https://linux.die.net/man/5/ssh_config
Host Ubuntu18_1HostName 192.168.182.128User qykhhr

点击 文件夹样式按钮就能通过 SSH 连接 Linux 服务器

点击后就会打开一个新的 VS code ，提示用户输入 Linux 的密码，输入密码后，就能正常连接 Linux 服务器了

我们在 home 目录下创建 Linux 目录，然后用 VS code 打开这个目录

mkdir /home/qykhhr/Linux

配置 SSH 免密登录

Windows

使用命令在本机 C盘用户目录下生成 ssh 密钥

ssh-keygen -t rsa

Linux

使用命令在 Linux 用户目录下生成 ssh 密钥

ssh-keygen -t rsa

在生成的 .ssh 目录下创建 authorized_keys 文件，将 Windows 下产生的公钥写入到这个文件中

vim authorized_keys

我们再使用VSCode连接 Linux 服务器就不会在提示输入密码了。

二、GCC

1、简介

• GCC 原名为 GNU C语言编译器（GNU C Compiler）
• GCC（GNU Compiler Collection，GNU编译器套件）是由 GNU 开发的编程语言译器。GNU 编译器套件包括 C、C++、ObjectIve-C、Java、Ada 和 Go 语言前端，也包括了这些语言的库（如 libstdc++、libgcj 等）
• GCC 不仅支持 C 的许多“方言”，也可以区别不同的 C 语言标准；可以使用命令行选项来控制编译器在翻译源代码时应该遵守哪个 C 标准。例如：当使用命令行参数 -std=c99 启动 GCC 时，编译器支持 C99 标准。
• 安装命令 sudo apt install -y gcc g++（版本大于 4.8.5）
• 查看版本 gcc/g++ -v/–version

2、安装 GCC、G++

安装g++时遇到了如下问题。
输入sudo apt-get install g++后：

qykhhr@qykhhr:~/.ssh$ sudo apt install -y gcc
正在读取软件包列表... 完成
正在分析软件包的依赖关系树       
正在读取状态信息... 完成       
有一些软件包无法被安装。如果您用的是 unstable 发行版，这也许是
因为系统无法达到您要求的状态造成的。该版本中可能会有一些您需要的软件
包尚未被创建或是它们已被从新到(Incoming)目录移出。
下列信息可能会对解决问题有所帮助：下列软件包有未满足的依赖关系：gcc : 依赖: gcc-7 (>= 7.3.0-12~) 但是它将不会被安装推荐: libc6-dev 但是它将不会被安装 或libc-dev
E: 无法修正错误，因为您要求某些软件包保持现状，就是它们破坏了软件包间的依赖关系。

为了解决这个问题，上网一搜，发现是 Ubuntu 安装的软件包版本高，而所安装软件的依赖包版本低的原因。解决方法：

终端输入：

sudo apt-get install aptitude
sudo aptitude install gcc g++

注意在执行 sudo aptitude install g++ 命令时，我们需要第一次选 no ，第二次再选 yes

若此处选择n的话会给你提供其他方案。当然根据自身情况不同，可能需要选择的方案也不同。

此处可以看见gcc已成功降级，g++也安装成功：

3、编译 hello world

先创建要给 test.c 文件，写入以下内容：

#include<stdio.h>
int main()
{printf("hello world\n");
}

使用下面命令来编译生成一个运行文件

gcc test.c -o app

如果直接使用 gcc test.c 会默认生成 a.out 可执行文件

4、编译语言的发展

5、GCC 工作流程

GCC编译选项	说明
-E	预处理指定源文件，不进行编译
-S	编译指定源文件，但是不进行汇编
-c	编译、汇编指定的源代码，但是不进行链接
-o [file1] [file2] 或者 [file2] -o [file1]	将文件 file2 编译成可执行文件 file1
-I directory	指定 include 包含文件的搜索目录
-g	在编译的时候，生成调试信息，该程序可以被调试器调试
-D	在程序编译的时候，指定一个宏
-W	不生成任何警告信息

测试源代码编程汇编流程

1）、修改 test.c 文件，增加宏和注释的等信息

#include<stdio.h>
#define PI 3.14
int main()
{// 这是测试代码int sum = PI + 10;printf("hello world\n");
}

2）、预处理源文件，不进行编译

预处理 test.c 文件，并且指定生成 test.i 文件

gcc test.c -E -o test.i

查看预处理后的 test.i 文件，此时宏值已经被替换成真正的值，#incldue的头文件也自动将源文件插入当前文件中。

3）、 编译指定源文件，但是不进行汇编

编译预处理后的文件，生成汇编文件

gcc test.i -S -o test.s
或者
gcc test.i -S（默认生成 test.s 文件）

查看编译后的汇编代码 test.s

4）、汇编指定的源代码，但是不进行链接

将汇编代码通过汇编器转换为二进制代码

gcc test.s -c -o test.o

此时我们查看 test.o 发现已经不能查看。

5）、将二进制代码进行链接成可执行文件

gcc test.o -o test

此时我们可以直接执行 test

./test

测试跳过流程进行编译汇编

1）、跳过预处理流程

通过下面命令，我们可以跳过预处理流程，直接进行编译操作，生成汇编代码

gcc test.c -S

查看生成的汇编代码，没有变化

2）、跳过预处理、编译流程

执行下面命令可以跳过预处理、编译流程，直接生成可执行文件

gcc test.c

6、gcc 和 g++ 的区别

gcc 编译 C 程序，g++ 编译 C++ 程序。那么 g++ 能编译 C 程序吗？

是可以的，我们可以通过g++ test.c -o test 来编译汇编 C 程序，生成可执行文件。

• gcc 和 g++ 都是 GNU（组织）的一个编译器
• 误区一：gcc 只能编译 C 代码，g++ 只能编译 C++代码。两者都可以编译 C 代码，请注意：
  • 后缀为 .c 的，gcc 把它当作是 C 程序，而 g++ 当作是 C++ 程序
  • 后缀为 .cpp 的，两者都会认为是 C++ 程序，C++ 的语法规则更加严谨一些
  • 编译阶段，g++ 会调用 gcc，对于 C++ 代码，两者都是等价的，但是因为 gcc 命令不能自动和 C++ 程序使用的库链接，所以通常用 g++ 来完成链接，为了统一起见，干脆 编译/链接 统统用 g++ 了，这就给人一种错误，好像 cpp 程序只能用 g++ 似的。
• 误区二：gcc 不会定义 _cplusplus 宏，而 g++ 会
  • 实际上，这个宏只是标志着编译器将会把代码按 C 还是 C++ 语法来解释
  • 如上所述，如果后缀为 .c，并且采用 gcc 编译器，则该宏就是未定义的，否则，就是已定义
• 误区三：编译只能用 gcc，链接只能用 g++
  • 严格来说，这句话不算错误，但是它混淆了概念，应该这样说：编译可以用 gcc/g++，而链接可以用 g++ 或者 gcc -lstdc++ 。
  • gcc 命令不能自动和 C++ 程序使用的库链接，所以通常使用 g++ 来完成链接。但是在编译阶段，g++ 会自动调用 gcc，二者等价。

7、GCC 常用参数选项

GCC编译选项	说明
-E	预处理指定源文件，不进行编译
-S	编译指定源文件，但是不进行汇编
-c	编译、汇编指定的源代码，但是不进行链接
-o [file1] [file2] 或者 [file2] -o [file1]	将文件 file2 编译成可执行文件 file1
-I directory	指定 include 包含文件的搜索目录
-g	在编译的时候，生成调试信息，该程序可以被调试器调试
-D	在程序编译的时候，指定一个宏
-W	不生成任何警告信息
-Wall	生成所有警告信息
-On	n的取值范围：0~3。编译器的优化选项的4个级别，-O0表示没有优化，-O1为缺省值，-O3优化级别最高
-I	在程序编译的时候，搜索的库的路径
-fPIC/fpic	生成与位置无关的代码
-shared	生成共享目标代码，通常用在建立共享库时
-std	指定 C 方言，如：-std=c99，gcc 默认的方言是 GNU C

演示：-o [file1] [file2] 或者 [file2] -o [file1]

gcc test.c -o test
gcc -o app test.c

演示：-D 在程序编译的时候，指定一个宏

先创建一个 test.c 文件，内容如下：

#include<stdio.h>
int main()
{int a = 10;
#ifdef DEBUGprintf("我是一个程序猿，我不会爬树...\n");
#endiffor(int i = 0;i < 3; i++){printf("hello,GCC!!!\n");}return 0;
}

使用 gcc 默认编译汇编链接后，生成执行文件，执行这个文件，可以发现并没有打印 printf(“我是…”) 内容。

gcc -o test test.c
./test

再次使用 gcc 编译汇编链接，并加上 -DDEBUG 参数后，执行生成的程序，可以发现打印我们定义的输出语句

gcc -o app test.c -DDEBUG
./app

演示：-Wall 生成所有警告信息

gcc test.c -o test -Wall

演示：-On n的取值范围：0~3。编译器的优化选项的4个级别，-O0表示没有优化，-O1为缺省值，-O3优化级别最高

#include<stdio.h>
int main()
{int b,c,d,f;b = 10;c = b;d = c;f = d;/*编译器优化后：int b,c,d,f;b = 10;c = 10;d = 10;f = 10;*/return 0;
}

三、静态库的制作和使用

1、什么是库

• 库文件是计算机上的一类文件，可以简单的把库文件看成一种代码仓库，它提供给使用者一些可以直接拿来用的变量、函数或类。
• 库是特殊的一种程序，编写库的程序和编写一般的程序区别不大，只是库不能单独运行。
• 库文件有两种，静态库和动态库（共享库），区别是：
  • 静态库在程序的链接阶段被复制到了程序中；
  • 动态库在链接阶段没有被复制到程序中，而是程序在运行时由系统动态加载到内存中供程序调用。
• 库的好处
  • 代码保密
  • 方便部署和分发

2、命名规则

• Linux：libxxx.a
  • lib：前缀（固定）
  • xxx：库的名字，自己命名即可
  • .a：后缀（固定）
• Windows：libxxx.lib

3、静态库的制作

• gcc 获得 .o 文件

• 将多个 .o 文件打包，使用 ar 工具（archive）

  ar rcs libxxx.a xxx.o yyy.o zzz.o
  

  • r：将文件插入备存文件中
  • c：建立备存文件
  • s：索引

生成一个计算器的库

首先准备6个文件

add.c

#include <stdio.h>
#include "head.h"int add(int a, int b)
{return a+b;
}

sub.c

#include <stdio.h>
#include "head.h"int subtract(int a, int b)
{return a-b;
}

mult.c

#include <stdio.h>
#include "head.h"int multiply(int a, int b)
{return a*b;
}

div.c

#include <stdio.h>
#include "head.h"double divide(int a, int b)
{return (double)a/b;
}

head.h

#ifndef _HEAD_H
#define _HEAD_H// 加法
int add(int a, int b);
// 减法
int subtract(int a, int b);
// 乘法
int multiply(int a, int b);
// 除法
double divide(int a, int b);#endif

main.c

#include <stdio.h>
#include "head.h"int main()
{int a = 20;int b = 12;printf("a = %d, b = %d\n", a, b);printf("a + b = %d\n", add(a, b));printf("a - b = %d\n", subtract(a, b));printf("a * b = %d\n", multiply(a, b));printf("a / b = %f\n", divide(a, b));return 0;
}

-C 编译、汇编指定的源代码，但是不进行链接

gcc -c add.c div.c mult.c sub.c

创建静态库

ar rcs libcalc.a add.o div.o mult.o sub.o

4、静态库的使用

创建 lesson05 文件夹，然后将 calc、library 文件夹复制到 lesson05 文件夹下

mkdir lesson05
cp -r calc/ library/ ../lesson05

回顾静态库的制作过程：

将生成的 libcalc.a 拷贝到 library/lib 目录下

cp /home/qykhhr/Linux/lesson05/calc/libcalc.a /home/qykhhr/Linux/lesson05/library/lib/

使用静态库需要知道静态库的头文件(./include/head.h)，src 目录下是源文件，不参与编译过程，我们使用libcalc.a 静态库来实现加减乘除运算。

编译 main.c

#include <stdio.h>
#include "head.h"int main()
{int a = 20;int b = 12;printf("a = %d, b = %d\n", a, b);printf("a + b = %d\n", add(a, b));printf("a - b = %d\n", subtract(a, b));printf("a * b = %d\n", multiply(a, b));printf("a / b = %f\n", divide(a, b));return 0;
}

直接将 main.c 进行编译

找不到 head.h 文件，没有指定头文件路径，默认是当前文件的目录下找head.h，没有找到这个文件。

gcc main.c -o app

-I 在程序编译的时候，搜索的库的路径

-I 路径

-I ./include/

指定搜索库的路径，指定在./include/（当前目录下的 include 目录下）找head.h 文件。

但是没有指定使用哪个静态库

gcc main.c -o app -I ./include/

指定要加载的库

-l 库名称

-l calc（加载 libcalc.a 静态库）

指定要加载的库，但是找不到 这个库，没有指定库路径。

gcc main.c -o app -I ./include/ -l calc

指定要加载库的路径

-L路径

-L./lib

gcc main.c -o app -I ./include/ -l calc -L./lib

5、回顾整个静态库的制作与使用过程

1、静态库的制作

cd src/
gcc -c add.c sub.c div.c mult.c -I ../include/
ar rcs libsuanshu.a add.o sub.o div.o mult.o

2、静态库的使用

先将静态库复制到 lib 目录下

cp libsuanshu.a ../lib/
gcc -o main main.c -I ./include/ -l suanshu -L ./lib
./main

四、动态库（共享库）的制作和使用

1、动态库（共享库）的制作

1）、命名规则

• Linux：libxxx.so（libxxx.so 库文件名称，xxx 库名称）
  • lib：前缀（固定）
  • xxx：库的名字，自己定义即可
  • .so：后缀（固定）
  • 在Linux下是一个可执行文件
• Windows：libxxx.dll

2）、动态库（共享库）的制作

• gcc 得到 .o 文件，得到和位置无关的代码

  gcc -c -fpic/-fPIC a.c b.c

  -fpic 用于编译阶段，产生的代码没有绝对地址，全部用相对地址，这正好满足了共享库的要求，共享库被加载时地址不是固定的。如果不加-fpic ，那么生成的代码就会与位置有关，当进程使用该.so文件时都需要重定位，且会产生成该文件的副本，每个副本都不同，不同点取决于该文件代码段与数据段所映射内存的位置。

• gcc 得到动态库（共享库）

  gcc -shared a.o b.o -o libcalc.so

创建 lesson06 ，将上次代码复制到当前目录下

进入 calc 目录，执行下面命令生成汇编文件

cd calc
gcc -c -fpic add.c div.c mult.c sub.c

生成动态库（共享库）

gcc -shared add.o sub.o div.o mult.o -o libcalc.so

2、动态库的使用

将生成的动态库拷贝到我们需要使用的目录下的 lib 目录

cp ../calc/libcalc.so ./lib/

生成 main 程序的过程和静态库使用相同

但是在执行生成的程序时出现了错误：./main: error while loading shared libraries: libcalc.so: cannot open shared object file: No such file or directory

2、动态库加载失败的原因

动态库的工作原理

• 静态库：GCC 进行链接时，会把静态库中代码打包到可执行程序中

• 动态库：GCC 进行链接时，动态库的代码不会被打包到可执行程序中

• 程序启动之后，动态库会被动态加载到内存中，通过 ldd（list dynamic dependencies）命令检查动态库依赖关系

• 如何定位共享库文件呢？

  当系统加载可执行代码时候，能够知道其所依赖的库的名字，但是还需要知道绝对路径。此时就需要系统的动态载入器（/lib64/ld-linux-x86-64.so.2）来获取该绝对路径。对于 elf 格式的可执行程序，是由 ld-linux.so 来完成的，它先后搜索 elf 文件的 DT_RPATH段 -> 环境变量 LD_LIBRARY_PATH -> /etc/ld.so.cache 文件列表 -> /lib/，/usr/lib 目录找到库文件后将其载入内存。

将动态库所在路径加入到 env 环境变量中

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/qykhhr/Linux/lesson06/library/lib
// 通过下面命令可以输出我们刚设置的环境变量值
echo $LD_LIBRARY_PATH

此时在执行ldd main命令，就可以看到依赖的动态库libcalc.so可以正常被找到了

执行程序

配置完环境变量后，我们就可以正常执行程序了

qykhhr@qykhhr:~/Linux/lesson06/library$ ./main
a = 20, b = 12
a + b = 32
a - b = 8
a * b = 240
a / b = 1.666667

但是新开一个窗口，程序又不能运行。我们需要将环境变量进行用户级别配置或者系统级别配置。

解决方式一：配置用户级别的环境变量

进入用户目录，编辑.bashrc

vim .bashrc
// shift + G 直接跳转到最后一行
// 在最后一行加入下面内容，然后保存退出
// source .bashrc 重新生效
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/qykhhr/Linux/lesson06/library/lib

source .bashrc 或者 source .bashrc 使修改的配置生效

此时再次执行ldd main就会找到 libcalc.so 动态库了，执行 main 程序也成功输出。

解决方式二：配置系统级别的环境变量

sudo vim /etc/profile
// 在最后一行加上
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/qykhhr/Linux/lesson06/library/lib

解决方式三：配置 /etc/ld.so.cache 文件

这个文件是二进制文件不能直接进行修改，我们需要修改 /etc/ld.so.conf 文件

sudo vim /etc/ld.so.conf
// 末尾加上下面内容
/home/qykhhr/Linux/lesson06/library/lib// 更新
sudo ldconfig

解决方式四：将生成的动态库放在 /lib/，/usr/lib 目录下（不推荐）

将生成的动态库放进这两个目录，程序在使用动态库时就会自动加载这连个目录下的动态库文件。

但是不推荐这样使用，因为这两个目录下有系统使用的动态库，如果动态库名称冲突，就会有问题。

五、静态库和动态库的对比

1、程序编译成可执行程序的过程

2、静态库制作过程

3、动态库制作过程

4、静态库的优缺点

优点

静态库被打包到应用程序中加载速度快

发布程序无需提供静态库，移植方便

缺点

消耗系统资源，浪费内存

更新、部署、发布麻烦

5、动态库的优缺点

优点

可以实现进程间资源共享（共享库）

更新、部署、发布简单

可以控制何时加载动态库

缺点

加载速度比静态库慢

发布程序时需要提供依赖的动态库

六、Makefile

1、什么是 Makefile

• 一个工程中的源文件不计其数，其按类型、功能、模块分别放在若干个目录中，Makefile 文件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，因为 Makefile 文件就像一个 Shell 脚本一样，也可以执行操作系统的命令。
• 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 文件中指令的命令工具，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 下的 GNU 的 make。

redis的Makefile文件内容

2、Makefile 文件命名和规则

文件命名

makefile 或者 Makefile

Makefile 规则

• 一个 Makefile 文件中可以有一个或者多个规则

  目标 ... : 依赖 ...命令（Shell 命令）...
  

  • 目标：最终要生成的文件（伪目标除外）
  • 依赖：生成的目标所需要的文件或是目标
  • 命令：通过执行命令对依赖操作生成目标（命令前必须 Tab 缩进）

• Makefile 中的其他规则一般都是为第一条规则服务的。

测试 Makefile

在 lesson07 目录下创建 Makefile 文件，内容如下：

app:sub.c add.c mult.c div.c main.cgcc sub.c mult.c div.c add.c main.c -o app

保存退出后，我们执行make，如果没有 make ，需要使用sudo apt install -y make 命令来安装 make 。

3、工作原理

命令在执行之前，需要先检查规则中的依赖是否存在

• 如果存在，执行命令
• 如果不存在，向下检查其他的规则，检查有没有一个规则是用来生成这个依赖的，如果找到了，则执行该规则中的命令

测试：检查有没有一个规则是用来生成这个依赖的，如果找到了，则执行该规则中的命令

首先会检查 app:xxx.c xxx.c 中声明的对应的 .c 文件是否存在，如果存在就执行下面的 gcc 编译汇编命令。

我们修改 Makefile 文件，内容如下：

app:sub.o add.o mult.o div.o main.ogcc sub.o mult.o div.o add.o main.o -o appsub.o:sub.cgcc -c sub.c -o  sub.o
add.o:add.cgcc -c add.c -o add.o
mult.o:mult.cgcc -c mult.c -o mult.o
div.o:div.cgcc -c div.c -o div.o
main.o:main.cgcc -c main.c -o main.o

在执行第一行命令时，会发现没有 sub.o 等文件，于是会先向下执行，发现有生成 sub.o 等文件的命令，就会先执行生成 sub.o 等文件的命令，最后在执行生成 app 的命令。Makefile 中的其他规则一般都是为第一条规则服务的。Makefile 默认执行第一条规则，如果下面的规则和第一条规则没有关系就不会执行。

测试：如果下面的规则和第一条规则没有关系就不会执行

首先将 add.c 复制一份名为 b.c 文件

cp add.c b.c

然后修改 Makefile 文件内容

增加：
b.o:b.cgcc -c b.c -o b.o

删除上次生成的执行文件和所有 *.o 文件后，再次执行make

rm -rf *.o
make

会发现除了 b.o 文件没有生成，剩余的 .o 文件都会生成。

检测更新，在执行规则中的命令时，会比较目标和依赖文件的时间

• 如果依赖的时间比目标的时间晚，需要重新生成目标（即由 .c 文件生成的 .o 文件的时间比生成它的 .c 文件还早，说明此时 .c 文件已经被修改过，需要重新生成目标）
• 如果依赖的时间比目标的时间早，目标不需要更新，对应规则中的命令不需要被执行

执行一次make命令后，立刻再次执行make就会提示"xxx"已是最新

执行一次make命令后，修改 main.c 文件（加一个空行），再次执行make命令。

可以发现，gcc 只是将修改的 main.c 文件重新编译汇编，其他文件不会再次编译，最后再重新链接成一个新的可执行程序。所以我们第二次编写的 Makefile 更好。

4、变量

自定义变量

变量名=变量值

var=hello

获取我们定义的这个变量，使用 $(var) 即可获取变量值。

预定义变量

AR：归档维护程序的名称，默认值为 ar

CC：C 编译器的名称，默认值为 gcc

CXX：C++ 编译器的名称，默认值为 g++

$@：目标的完整名称

$<：第一个依赖文件的名称

$^：所有的依赖文件

$(CC) -c $^ -o $@

获取变量的值

$(变量名)

测试变量使用1

app:main.c a.c b.cgcc -c main.c a.c b.c

自动变量只能在规则的命令中使用

app:main.c a.c b.c$(CC) -c $^ -o $@

• $^：代表 main.c a.c b.c
• $@：代表要生成的可执行程序 app

测试变量使用2

使用变量前的 Makefile 文件内容：

app:sub.o add.o mult.o div.o main.ogcc sub.o mult.o div.o add.o main.o -o appsub.o:sub.cgcc -c sub.c -o  sub.o
add.o:add.cgcc -c add.c -o add.o
mult.o:mult.cgcc -c mult.c -o mult.o
div.o:div.cgcc -c div.c -o div.o
main.o:main.cgcc -c main.c -o main.o

使用变量后的 Makefile 文件内容：

# 定义变量
src=sub.o add.o mult.o div.o main.o
target=app
$(target):$(src)$(CC) $(src) -o $(target)
sub.o:sub.cgcc -c sub.c -o  sub.o
add.o:add.cgcc -c add.c -o add.o
b.o:b.cgcc -c b.c -o b.o
mult.o:mult.cgcc -c mult.c -o mult.o
div.o:div.cgcc -c div.c -o div.o
main.o:main.cgcc -c main.c -o main.o

5、模式匹配

# 定义变量
src=sub.o add.o mult.o div.o main.o
target=app
$(target):$(src)$(CC) $(src) -o $(target)
sub.o:sub.cgcc -c sub.c -o  sub.o
add.o:add.cgcc -c add.c -o add.o
b.o:b.cgcc -c b.c -o b.o
mult.o:mult.cgcc -c mult.c -o mult.o
div.o:div.cgcc -c div.c -o div.o
main.o:main.cgcc -c main.c -o main.o

# 定义变量
src=sub.o add.o mult.o div.o main.o
target=app
$(target):$(src)$(CC) $(src) -o $(target)%.o:%.c$(CC) -c $< -o $@

• %：通配符，匹配一个字符串
• $<：代表第一个依赖文件的名称，即%.c 这个文件
• $@：代表要生成的目标文件，即 %.o 这个文件

6、函数

$(wildcard PATTERN…)

• 功能：获取指定目录下指定类型的文件列表

• 参数：PATTERN 指的是某个或多个目录下的对应的某种类型的文件，如果有多个目录，一般用空格间隔

• 返回：得到的若干个文件的文件列表，文件名之间使用空格间隔

• 示例：

  $(wildcard *.c ./sub/*.c)

  返回值格式：a.c b.c c.c d.c e.c f.c

$(patsubst <pattern>,<replacement>,<text>)

• 功能：查找<text>中的单词（单词以“空格”、“Tab”或“回车”“换行”分隔）是否符合模式<pattern>，如果匹配的话，则以<replacement>替换。

• <pattern>可以包括通配符’%‘，表示任意长度的字串。如果<replacement>中也包含’%‘，那么，<replacement>中的这个’%‘将是<pattern>中的那个%所代表的字串。（可以用’‘来转义，以’%‘来表示真实含义的’%'字符）

• 返回：函数返回被替换过后的字符串

• 示例：

  $(patsubst %.c,%.o,x.c bar.c)

  返回值格式：x.o bar.o

使用函数获取参数前的 Makefile 文件内容：

# 定义变量
src=sub.o add.o mult.o div.o main.o
target=app
$(target):$(src)$(CC) $(src) -o $(target)%.o:%.c$(CC) -c $< -o $@

使用函数获取参数后的 Makefile 文件内容：

# 获取当前目录下所有的.c文件
src=$(wildcard ./*.c)
# 返回src变量中的所有.c文件名，并且将返回的文件名后缀改为.o
objs=$(patsubst %.c,%.o, $(src))
target=app
$(target):$(objs)$(CC) $(objs) -o $(target)%.o:%.c$(CC) -c $< -o $@

• src=$(wildcard ./*.c)：获取当前 Makefile 目录下的所有 .c 文件并赋值到 src 变量中
  • src=add.c mult.c div.c sub.c main.c
• objs=$(patsubst %.c,%.o, $(src))：将所有输入的后缀为 .c 文件转为 .o 文件名并赋值给 objs 变量。
  • objs=add.o mult.o div.o sub.o main.o

最后我们是不需要生成的 .o 文件，我们可以在 Makefile 中声明在程序编译汇编链接生成后，将所有的 .o 文件删除的命令。

# 定义变量
src=$(wildcard ./*.c)
objs=$(patsubst %.c,%.o, $(src))
target=app
$(target):$(objs)$(CC) $(objs) -o $(target)%.o:%.c$(CC) -c $< -o $@clean:rm $(objs) -f

执行完 make 后，我们在执行 make clean 既可以执行删除全部 .o 文件的命令

如果我们在 Makefile 目录下创建 clean 文件，再次执行 make clean 就会出现

原因是：clean在执行时没有源文件，所以每次执行make clean，目标文件都是最新的，都会执行这个规则下的命令，但是我们创建一个 clean 文件，这个 clean 文件默认就是clean这个目标的默认源文件。

clean:rm $(objs) -f

我们可以在 Makefile 中添加下面内容，来表示这个 clean 是一个伪目标，就不会生成特定文件，就不会和我们创建 clean 文件进行对比。

# 定义变量
src=$(wildcard ./*.c)
objs=$(patsubst %.c,%.o, $(src))
target=app
$(target):$(objs)$(CC) $(objs) -o $(target)%.o:%.c$(CC) -c $< -o $@.PHONY:clean
clean:rm $(objs) -f

七、GDB 调试

1、什么是 GDB

GDB 是由 GNU 软件系统社区提供的调试工具，同 GCC 配套组成了一套完整的开发环境，GDB 是 Linux 和 许多类Unix 系统中的标准开发环境。

一般来说，GDB 主要帮助你完成下面四个方面的功能：

1. 启动程序，可以按照自定义的要求随心所欲的运行程序
2. 可让被调试的程序在所指定的调置的断点处停住（断点可以是条件表达式）
3. 当程序被停住时，可以检查此时程序中所发生的事
4. 可以改变程序，将一个 BUG 产生的影响修正从而测试其他 BUG

2、准备工作

通常，在为调试而编译时，我们会关掉编译器的优化选项 (‘-O’) ，并打开调试选项（‘-g’）。另外，‘-Wall’ 在尽量不影响程序行为的情况下选项打开所有 warning，也可以发现许多问题，避免一些不必要的 BUG。

gcc -g -Wall program.c -o program

‘-g’ 选项的作用是在可执行文件中加入源代码的信息，比如可执行文件中第几条机器指令对应源代码的第几行，但并不是把整个源文件嵌入到可执行文件中，所以在调试时必须保证 gdb 能找到源文件。

如果生成 gdb 程序后，将源文件 test.c 移走，再次执行 GDB 相关操作就会出现找不到文件错误

gcc test.c -o test -g

3、GDB 命令 - 启动、退出、查看代码

gcc test.c -o test -g

启动和退出

gdb 可执行程序

quit

给程序设置参数/获取设置参数

set args 10 20

show args

GDB 使用帮助

help

查看当前文件代码

list/l（从默认位置显示源文件内容）

list/l 行号（从指定的行显示）

list/l 函数名（从指定的函数显示）

查看非当前文件代码

list/l 文件名:行号

list/l 文件名:函数名

需要加上行号或者函数名，否则就会将文件名当成函数名进行处理

g++ bubble.cpp main.cpp select.cpp -o main -g
gdb main

设置显示的行数

设置每次执行 list 后默认显示的条数（默认显示10条数据）

show list/listsize

set list/listsize 行数

4、GDB 命令 - 断点操作

设置断点

b/break 行号

b/break 函数名

b/break 文件名:行号

b/break 文件名:函数

查看断点

i/info b/break

删除断点

d/del/delete 断点编号

设置断点无效

dis/disable 断点编号

设置断点生效

ena/enable 断点编号

设置条件断点（一般用在循环的位置）

b/break 10 if i==5

5、GDB 命令 - 调试命令

运行 GDB 程序

start（程序停在第一行）

run（遇到断点才停）

继续运行，到下一个断点停

c/continue

向下执行一行代码（不会进入函数体）

n/next

变量操作

p/print 变量名（打印变量值）

ptype 变量名（打印变量类型）

向下单步测试（遇到函数进入函数体）

s/step

finish（跳出函数体）

自动变量操作

display 变量名（自动打印指定变量的值）

i/info display

undisplay 编号

其他操作

set var 变量名=变量值（循环中用的较多）

until（跳出循环）

八、文件 IO（I：input，O：output）

1、标准 C 库 IO 函数

标准 C 库 IO 函数操作文件是可以跨平台的。

跨平台有几种实现方式，其中一种是 Java语言，Java语言跨平台的实现方式是：Java程序运行在 JVM 上，而对不同的系统设计不同的 JVM。另一种就是这种，通过调用标准库函数，在不同系统下调用不同系统的 API 去操作。

例如：我们使用标准 C 库 IO 函数fopen打开文件，在 Windows系统中，就会调用Windows系统的 API 打开文件，在 Linux 系统中就会调用 Linux 系统的 API 打开文件。

我们可以使用 Linux 自带的工具来查看 fopen 函数。

// 标准 C 库函数都在第3章
man 3 fopen

FILE.h中将 _IO_FILE 结构体再次声明为 FILE 结构体。

#ifndef __FILE_defined
#define __FILE_defined 1struct _IO_FILE;/* The opaque type of streams.  This is the definition used elsewhere.  */
typedef struct _IO_FILE FILE;#endif

我们点击 _IO_FILE 来查看这个结构体内容

struct _IO_FILE {int _flags;		/* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */
#define _IO_file_flags _flags/* The following pointers correspond to the C++ streambuf protocol. *//* Note:  Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. */// 文件读指针char* _IO_read_ptr;	/* Current read pointer */char* _IO_read_end;	/* End of get area. */char* _IO_read_base;	/* Start of putback+get area. */char* _IO_write_base;	/* Start of put area. */// 文件写指针char* _IO_write_ptr;	/* Current put pointer. */char* _IO_write_end;	/* End of put area. */// 缓冲区的起始指针char* _IO_buf_base;	/* Start of reserve area. */// 缓冲区的结束指针char* _IO_buf_end;	/* End of reserve area. *//* The following fields are used to support backing up and undo. */char *_IO_save_base; /* Pointer to start of non-current get area. */char *_IO_backup_base;  /* Pointer to first valid character of backup area */char *_IO_save_end; /* Pointer to end of non-current get area. */struct _IO_marker *_markers;struct _IO_FILE *_chain;// 文件描述符（整数值）int _fileno;// ......
};

2、标准 C 库 IO 和 Linux 系统 IO 的关系

3、虚拟地址空间

4、文件描述符

PCB：Process Control Block

5、Linux 系统 IO 函数

• int open(const char *pathname, int flags);
• int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
• int close(int fd);
• ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
• ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
• off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
• int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
• int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);

1）、open 打开文件

查看Linux系统函数 - open()

Linux系统函数我们可以使用下面命令进行查看

// Linux系统IO函数在第二章
man 2 open

// 两个头文件包含了 open 函数参数中 flags 定义的宏
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
// 包含了open函数的声明
#include <fcntl.h>

// 打开一个已经存在的文件
int open(const char *pathname, int flags);
参数：

• pathname：要打开的文件路径
• ags：对文件的操作权限设置还有其他的设置
  • Linux中可以通过 man 2 open 命令查看 open 函数相关信息，得到：The argument flags must include one of the following access modes: O_RDONLY, O_WRONLY, or O_RDWR. These request opening the file read-only, write-only, or read/write, respectively.
  • 必须要包含下面权限的一个：O_RDONLY(只读)、O_WRONLY(只写)、O_RDWR(可读可写)

返回值：

• open(), openat(), and creat() return the new file descriptor, or -1 if an error occurred (in which case, errno is set appropriately).
• 返回一个新的文件描述符，如果调用失败，返回 -1，并将 errno 赋值为合适的值

errno：属于Linux系统函数库，库里面的一个全局变量，记录的是最近的错误号。

标准 C 库中定义了 perror() 函数用来打印 errno 对应的错误描述，我们可以通过 perror() 函数来打印错误信息。

#include <stdio.h>
void perror(const char *s);

参数：s

• 用户描述，比如perror("hello")，最终输出的内容是 hello:xxx(xxx是实际的错误描述)

查看Linux系统函数 - close()

man 2 close

Linux系统函数在第二卷，我们可以使用 man 2 close 来查看 close() 函数的相关信息

#include <unistd.h>
int close(int fd);

我们调用 close 函数来关闭文件，需要传入一个文件描述符(file descriptor)。

调用 open 函数打开文件

/*
// 两个头文件包含了 open 函数参数中 flags 定义的宏
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
// 包含了open函数的声明
#include <fcntl.h>// 打开一个已经存在的文件
int open(const char *pathname, int flags);参数：- pathname：要打开的文件路径- flags：对文件的操作权限设置还有其他的设置- Linux中可以通过 man 2 open 命令查看 open 函数相关信息，得到：The argument flags must include one of the following access modes: O_RDONLY, O_WRONLY, or O_RDWR.  These request opening the file read-only, write-only, or read/write, respectively.- 必须要包含下面权限的一个：O_RDONLY(只读)、O_WRONLY(只写)、O_RDWR(可读可写)返回值：- open(), openat(), and creat() return the new file descriptor, or -1 if an error occurred (in which case, errno is set appropriately).- 返回一个新的文件描述符，如果调用失败，返回 -1
errno：属于Linux系统函数库，库里面的一个全局变量，记录的是最近的错误号
标准 C 库中定义了 perror() 函数用来打印 errno 对应的错误描述
#include <stdio.h>
void perror(const char *s);参数：-s：用户描述，比如 hello，最终输出的内容是 hello:xxx(xxx是实际的错误描述)
// C 语言中是不允许重载的，这里是通过可变参数来实现重载效果的
// 创建一个新的文件
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);Linux系统函数在第二卷，我们可以使用 man 2 close 来查看 close() 函数的相关信息
#include <unistd.h>
int close(int fd);
*/ 
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
// 包含了open函数的声明
#include <fcntl.h>
// 声明了 perror 函数
#include <stdio.h>
// 声明了 close 函数
#include <unistd.h>
int main()
{// 打开文件，返回一个 file descriptor（文件描述符）int fd = open("a.txt",O_RDONLY);if(fd == -1){// 在没有 a.txt 这个文件时，perror函数就会打印：open函数: No such file or directoryperror("open函数"); // open函数: No such file or directory}// 读写操作// 关闭文件，传入一个文件描述符（file descriptor）close(fd);return 0;
}

不存在 a.txt 文件时，perror函数就会打印错误信息。

2）、open 创建新文件

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
参数：

• pathname：要创建的文件的路径

• flags：对文件的操作权限和其他的设置

  • 必选项：O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR 这三个之间是互斥的，只能选择一个

    • O_CREATE 文件不存在，创建新文件
    • O_APPEND 文件以附加模式打开
    • O_ASYNC 启用信号驱动I/O：当此文件描述符上的输入或输出成为可能时，生成一个信号（默认情况下为SIGIO
    • …

  • flags 参数是一个int类型的数据，占4个字节，32位，每一位就是一个标志位。
    我们传入参数时，使用按位或的方式添加权限或其他设置，相当于就是给标志位进行合并的操作（ O_RDWR | O_CREAT ）。

• mode：八进制的数，表示创建出的新的文件的操作权限，比如：0775（0开头是八进制）
  最终的文件操作权限是：mode & ~umask （按位与：0和任何数都为0）

  • mode 是我们传入的值

  • umask Linux控制台输入 umask 指令，就会打印当前用户的 umask 值
    umask – 0002，我们需要取反 ~umask = 0777 - 0002 = 0775

        0777  ---> 111111111
    &   0775  ---> 111111101
    -----------------------------111111101
    按位与：0和任何数都为0
    

  • umask的作用就是抹去某些权限，让我们设置权限更合理一些，我们可以通过 umask 022 设置 umask 值，也可以通过 mode_t umask(mode_t mask); 函数（man 2 umask）来在程序中指定 umask 值

-rwxrwxr-x 1 qykhhr qykhhr 0 9月 25 10:12 create.txt*

• 第一个"-“符号文件的类型，”-"符号代表当前文件是一个普通文件，"d"符号代表当前文件是一个文件夹
• 第一个字串 “rwx” 表示当前用户对这个文件的操作权限
  • ‘r’：表示当前用户这个文件有读取权限
  • ‘w’：表示当前用户对这个文件有写入权限
  • ‘x’；表示当前用户对这个文件有执行权限
• 第二个字串 “rwx” 表示当前用户组中的用户对这个文件的操作权限
• 第三个字串 “r_x” 表示其他用户组中的用户对这个文件的操作权限（没有了写入文件的权限）

/*
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);参数：- pathname：要创建的文件的路径- flags：对文件的操作权限和其他的设置- 必选项：O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR 这三个之间是互斥的，只能选择一个- 可选项：- O_CREATE 文件不存在，创建新文件- O_APPEND 文件以附加模式打开- O_ASYNC 启用信号驱动I/O：当此文件描述符上的输入或输出成为可能时，生成一个信号（默认情况下为SIGIO- ......- flags 参数是一个int类型的数据，占4个字节，32位，每一位就是一个标志位。我们传入参数时，使用按位或的方式添加权限或其他设置，相当于就是给标志位进行合并的操作（ O_RDWR | O_CREAT ）。 - mode：八进制的数，表示创建出的新的文件的操作权限，比如：0775（0开头是八进制）最终的文件操作权限是：mode & ~umask - mode 是我们传入的值- umask Linux控制台输入 umask 指令，就会打印当前用户的 umask 值umask -- 0002，我们需要取反 ~umask = 0777 - 0002 = 07750777  ---> 111111111&   0775  ---> 111111101-----------------------------111111101按位与：0和任何数都为0umask的作用就是抹去某些权限，让我们设置权限更合理一些，我们可以通过 umask 022 设置 umask 值，也可以通过 mode_t umask(mode_t mask); 函数（man 2 umask）来在程序中指定 umask 值-rwxrwxr-x  1 qykhhr qykhhr    0 9月  25 10:12 create.txt*- 第一个"_"符号文件的类型- 第一个字串 "rwx" 表示当前用户对这个文件的操作权限- 'r'：表示当前用户这个文件有读取权限- 'w'：表示当前用户对这个文件有写入权限- 'x'；表示当前用户对这个文件有执行权限- 第二个字串 "rwx" 表示当前用户组中的用户对这个文件的操作权限- 第三个字串 "r_x" 表示其他用户组中的用户对这个文件的操作权限（没有了写入文件的权限）
*/
// 包含 flags 参数的宏定义，O_RDONLY、ORDWR......
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
// 包含 open 函数声明
#include <fcntl.h>
// 包含 perror 函数声明
#include<stdio.h>
// 包含 close 函数声明
#include <unistd.h>
int main()
{// -rwxrwxr-x  1 qykhhr qykhhr    0 9月  25 10:12 create.txt*// 生成的文件权限并不是我们设置的 0777 ，而是 0775，原因就是 mode & ~umask int fd = open("create.txt",O_RDWR | O_CREAT,0777);if(fd == -1){perror("open函数");}close(fd);return 0;
}

3）、read、write 函数

uni unix系统
unistd.h unix系统标准头文件

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
参数：

• fd：文件描述符（file descriptor），通过 open 函数得到的，通过这个文件描述符操作某个文件
• buf：需要读取数据存放的地方，数组的地址（传出参数）
• count：指定的数组的最大的字节数大小

返回值

• 成功：
  返回值 > 0：返回实际的读取到的字节数
  返回值 = 0：文件已经读取完毕
• 失败：-1，并且将 errno 设置为合适的值

#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
参数：

• fd：文件描述符，通过 open 函数得到的，通过这个文件描述符操作某个文件
• buf：要往磁盘写入的数据
• count：要写的数据的实际的字节数大小

返回值

• 成功：返回实际写入的字节数
• 失败：返回-1，并将 errno 设置为合适的值

// read、write函数声明
#include <unistd.h>
// perror函数声明
#include<stdio.h>
// open 函数需要的头文件
// 定义一些读写权限的宏
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
// open函数的声明
#include <fcntl.h>

/*
// uni unix系统
// unistd.h unix系统标准头文件
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);参数：- fd：文件描述符（file descriptor），通过 open 函数得到的，通过这个文件描述符操作某个文件- buf：需要读取数据存放的地方，数组的地址（传出参数）- count：指定的数组的最大大小返回值：- 成功：返回值 > 0：返回实际的读取到的字节数返回值 = 0：文件已经读取完毕- 失败：-1，并且将 errno 设置为合适的值#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);参数：- fd：文件描述符，通过 open 函数得到的，通过这个文件描述符操作某个文件- buf：要往磁盘写入的数据- count：要写的数据的实际的大小返回值：成功：返回实际写入的字节数失败：返回-1，并将 errno 设置为合适的值
*/
// read、write函数声明
#include <unistd.h>
// perror函数声明
#include<stdio.h>
// open 函数需要的头文件
// 定义一些读写权限的宏
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
// open函数的声明
#include <fcntl.h>int main()
{// 1、通过 open 打开 english.txt 文件int srcfd = open("english.txt",O_RDONLY);if(srcfd == -1){perror("open函数错误");return -1;}// 2、创建一个新的文件（拷贝文件）int destfd = open("copy.txt",O_WRONLY | O_CREAT,0664);if(destfd == -1){perror("open函数错误");return -1;}// 3、频繁的读写操作char buf[1024] = {0};int len = 0;// len 是读取文件后返回的实际buf中的字节数while((len = read(srcfd,buf,sizeof(buf))) > 0){// 向destfd文件描述符指向的文件写入buf中的数据，buf实际字节数是len长度write(destfd,buf,len);}// 4、关闭文件close(srcfd);close(destfd);return 0;
}

4）、lseek 函数

Linux系统函数中的 lseek 函数（man 2 lseek）
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
参数：

• fd：文件描述符，通过 open 函数得到的，通过这个 fd 操作某个文件
• offset：偏移量
• whence：
  • SEEK_SET：设置文件指针的偏移量
  • SEEK_CUR：设置偏移量：当前位置 + 第二个参数 offset 的值
  • SEEK_END：设置偏移量：文件末尾 + 第二个参数 offset 的值

返回值：返回文件指针的位置

lseek函数的作用：

1. 移动文件指针到文件头

   lseek(fd, 0, SEEK_SET);

2. 获取当前文件指针的位置
   lseek(fd, 0, SEEK_CUR);

3. 获取文件长度
   lseek(fd, 0, SEEK_END);

4. 拓展文件的长度，当前文件 10b，lseek(fd, 100, SEEK_END)，增加了 100 个字节
   lseek(fd, 100, SEEK_END);

平时在下载文件时，会先创建临时文件，占用实际的大小空间，下载过程中再依次替换成自己的数据，防止下载过程中空间不足。

/*
Linux系统函数中的 lseek 函数（man 2 lseek）
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);参数：- fd：文件描述符，通过 open 函数得到的，通过这个 fd 操作某个文件- offset：偏移量- whence：SEEK_SET设置文件指针的偏移量SEEK_CUR设置偏移量：当前位置 + 第二个参数 offset 的值SEEK_END设置偏移量：文件末尾 + 第二个参数 offset 的值返回值：返回文件指针的位置作用：1、移动文件指针到文件头lseek(fd, 0, SEEK_SET);2、获取当前文件指针的位置lseek(fd, 0, SEEK_CUR);3、获取文件长度lseek(fd, 0, SEEK_END);4、拓展文件的长度，当前文件 10b，lseek(fd, 100, SEEK_END)，增加了 100 个字节lseek(fd, 100, SEEK_END);平时在下载文件时，会先创建临时文件，占用实际的大小空间，下载过程中再依次替换成自己的数据，防止下载过程中空间不足。
标准 C 库中的 lseek 函数（man 3 fseek）
#include <stdio.h>
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
*/
// lseek 函数声明
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include<stdio.h>
int main()
{int fd = open("hello.txt",O_RDWR);if(fd == -1){perror("open函数");return -1;}// 拓展文件长度int ret = lseek(fd,100,SEEK_END);if(ret == -1){perror("lseek函数");return -1;}// 扩展完后，我们需要写入数据，否则文件大小还是原来大小// 写入一个空字符串write(fd," ",1);close(fd);return 0;
}

我们先使用 lseek 函数将 11字节的数据偏移了 100B 大小，但是文件大小没有改变，我们需要在偏移后使用 write 函数写入数据，此时偏移后的文件大小为 112B 大小，多出 1字节 大小，是因为我们写入了一个空字符。

5）、stat、lstat 函数

stat 函数

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
作用：获取一个文件相关的一些信息
参数：

• pathname：操作的文件的路径
• statbuf：结构体变量，传出参数，用于保存获取到的文件的信息

返回值：

• 成功：返回 0
• 失败：返回 -1，并设置合适的 errno

int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
参数：

• pathname：操作的文件的路径
• statbuf：结构体变量，传出参数，用于保存获取到的文件的信息

返回值：

• 成功：返回 0
• 失败：返回 -1，并设置合适的 errno

/*
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);作用：获取一个文件相关的一些信息参数：- pathname：操作的文件的路径- statbuf：结构体变量，传出参数，用于保存获取到的文件的信息返回值：成功：返回 0失败：返回 -1，并设置合适的 errno
int fstat(int fd, struct stat *statbuf);
int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);参数：- pathname：操作的文件的路径- statbuf：结构体变量，传出参数，用于保存获取到的文件的信息返回值：成功：返回 0失败：返回 -1，并设置合适的 errno 
*/
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
int main()
{// 通过 stat 函数获取文件信息，进而获取文件大小信息struct stat statbuf;int ret = stat("a.txt", &statbuf);if(ret == -1){perror("stat函数");return -1;}printf("size: %ld\n",statbuf.st_size);return 0;
}

lstat 函数

我们使用命令给 a.txt 文件创建一个软链接，名字为 b.txt

ln -s a.txt b.txt

lstat 函数的作用就是获取软链接文件的信息。

6、stat 结构体

struct stat {dev_t st_dev; // 文件的设备编号ino_t st_ino; // 节点mode_t st_mode; // 文件的类型和存取的权限nlink_t st_nlink; // 连到该文件的硬连接数目uid_t st_uid; // 用户 IDgid_t st_gid; // 组 IDdev_t st_rdev; // 设备文件的设备编号off_t st_size; // 文件字节数 文件大小blksize_t st_blksize; // 块大小blkcnt_t st_blocks; // 块数time_t st_atime; // 最后一次访问时间time_t st_mtime; // 最后一次修改时间time_t st_ctime; // 最后一次改变时间 指属性
};

7、st_mode 变量（文件的类型和存取的权限）

查看当前文件的类型

S_IFMT 0170000

文件类型和掩码 S_IFMT 进行按位与操作后，后面的位信息全部变为0，文件类型对应4位数据没变，然后再比较前四位的值和8种文件类型的对应的数值进行比较，从而达到判断这个文件类型的目的。

判断一个文件是否有其他组执行的权限

S_IXOTH 00007

我们需要将这个16位的数据和 S_IXOTH 进行按位与操作，如果有执行权限，最后一位就不为 0。

模拟实现 ls -l 命令

#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
// 声明了 struct passwd *getpwuid(uid_t uid); 函数，通过 uid 获取用户名
#include <pwd.h>
// 声明了 struct group *getgrgid(gid_t gid); 函数，通过 gid 获取组名称
#include <grp.h>// ctime() 函数声明
#include<time.h>
// strncpy() 函数声明
#include<string.h>
// 模拟实现 ls -l 指令
// -rw-rw-r-- 1 qykhhr qykhhr 12 9月  25 14:02 a.txt
int main(int argc,char * argv[])
{printf("%d\n",argc);// int len = sizeof(*argv);// for(int i = 0; i < len; i++)// {//     printf("%s\n",argv[i]);// }   // 判断输入的参数是否正确if(argc < 2){printf("%s filename\n",argv[0]);return -1;}// int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);struct stat st;int ret = stat(argv[1],&st);if(ret == -1){perror("stat函数");return -1;}// 获取文件类型和文件权限char perms[11] = {0}; // 用于保存文件类型和文件权限switch(st.st_mode & __S_IFMT){case __S_IFLNK:perms[0] = 'l';break;case __S_IFDIR:perms[0] = 'd';break;case __S_IFREG:perms[0] = '-';break;case __S_IFBLK:perms[0] = 'b';break;case __S_IFCHR:perms[0] = 'c';break;case __S_IFSOCK:perms[0] = 'p';break;default:perms[0] = '?';break;}// 判断文件的访问权限// 判断文件所有者权限perms[1] = (st.st_mode & S_IRUSR) ? 'r' : '-';// 判断文件是否有用户读权限perms[2] = (st.st_mode & S_IWUSR) ? 'w' : '-';// 判断文件是否有用户写权限perms[3] = (st.st_mode & S_IXUSR) ? 'x' : '-';// 判断文件是否有用户执行权限// 判断文件所有者所在用户组权限perms[4] = (st.st_mode & S_IRGRP) ? 'r' : '-';perms[5] = (st.st_mode & S_IWGRP) ? 'w' : '-';perms[6] = (st.st_mode & S_IXGRP) ? 'x' : '-';// 判断其他组权限perms[7] = (st.st_mode & S_IROTH) ? 'r' : '-';perms[8] = (st.st_mode & S_IWOTH) ? 'w' : '-';perms[9] = (st.st_mode & S_IXOTH) ? 'x' : '-';// 获取硬链接数int linkNum = st.st_nlink;// 文件所有者char * fileUser = getpwuid(st.st_uid)->pw_name;// 文件所在组char * filelGrp = getgrgid(st.st_gid)->gr_name;// 文件大小long int fileSize = st.st_size;// 获取修改时间char * time = ctime(&st.st_mtime);// 生成的 time 默认会有一个换行，我们需要去除char mtime[512] = {0};strncpy(mtime,time,strlen(time) - 1);// 输出char buf[1024];sprintf(buf,"%s %d %s %s %ld %s %s",perms,linkNum,fileUser,filelGrp,fileSize,mtime,argv[1]);printf("%s\n",buf);return 0;
}

8、文件属性操作函数

int access(const char *pathname, int mode);

#include <unistd.h>
int access(const char *pathname, int mode);
作用： 判断某个文件是否有某个权限，或者判断文件是否存在
参数：

• pathname：判断的文件路径
• mode：
  • R_OK：判断是否有读权限
  • W_OK：判断是否有写权限
  • X_OK：判断是否有执行权限
  • F_OK：判断文件是否存在

返回值：

• 成功：返回 0
• 失败：返回 -1，并将 errno 设置为合适的值

/*
#include <unistd.h>
int access(const char *pathname, int mode);作用： 判断某个文件是否有某个权限，或者判断文件是否存在参数：- pathname：判断的文件路径- mode：R_OK：判断是否有读权限W_OK：判断是否有写权限X_OK：判断是否有执行权限F_OK：判断文件是否存在返回值：成功：返回 0失败：返回 -1，并将 errno 设置为合适的值
*/
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main()
{int ret = access("a.txt",F_OK);if(ret == -1){perror("access函数");return -1;}printf("文件存在！\n");return 0;
}

int chmod(const char *filename,int mode);

#include <sys/stat.h>
int chmod(const char *pathname, mode_t mode);
作用：修改文件的权限
参数：

• pathname：需要修改的文件的路径
• mode：需要修改的权限值

返回值：成功返回0，失败返回 -1

/*#include <sys/stat.h>
int chmod(const char *pathname, mode_t mode);作用：修改文件的权限参数：- pathname：需要修改的文件的路径- mode：需要修改的权限值返回值：成功返回0，失败返回 -1
*/
#include<sys/stat.h>
#include<stdio.h>
int main()
{int ret = chmod("a.txt",0755);if(ret == -1){perror("chmod函数");return -1; }return 0;
}

int chown(const char *path, uid_t owner, gid_t group);

作用：修改文件的所在组

查看 Linux下用户相关信息

vim /etc/passwd

查看用户组信息

vim /etc/group

添加用户，查看用户组信息

sudo useradd hhr
id hhr

int truncate(const char *path, off_t length);

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int truncate(const char *path, off_t length);
作用：缩减或者扩展文件的尺寸至指定的大小
参数：

• path：需要修改的文件的路径
• length：需要最终文件变成的大小

将文件由12字节扩展到20字节

/*
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int truncate(const char *path, off_t length);作用：缩减或者扩展文件的尺寸至指定的大小参数：- path：需要修改的文件的路径- length：需要最终文件变成的大小
*/
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>int main()
{int ret = truncate("b.txt",20);if(ret == -1){perror("truncate函数");return -1;}return 0;
} 

b.txt 文件内容也由"hello,world"，变成了下面内容

将文件由20字节缩减到5字节

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>int main()
{int ret = truncate("b.txt",5);if(ret == -1){perror("truncate函数");return -1;}return 0;
} 

9、目标操作函数

int mkdir(const char* pathname, mode_t mode);

#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
作用：创建一个目录
参数：

• pathname：创建的目录的路径
• mode：权限，八进制的数

返回值：成功返回0，失败返回 -1

/*
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);作用：创建一个目录参数：pathname：创建的目录的路径mode：权限，八进制的数返回值：成功返回0，失败返回 -1
*/
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
int main()
{int ret = mkdir("aaa",0777);if(ret == -1){perror("mkdir函数");return -1;}return 0;
}

int rmdir(const char* pathname);

删除文件夹，如果文件夹下有内容需要先删除。

int rename(const char *oldpath, const char *newpath);

#include <stdio.h>
int rename(const char *oldpath, const char *newpath);
作用：重命名文件/文件夹
参数：

• oldpath 修改前的路径
• newpath 修改后的路径

/*
#include <stdio.h>
int rename(const char *oldpath, const char *newpath);作用：重命名文件/文件夹参数：oldpath 修改前的路径newpath 修改后的路径
*/
#include <stdio.h>
int main()
{int ret = rename("aaa","bbb");if(ret == -1){perror("rename函数");return -1;}return 0;
}

int chdir(const char *path);

#include <unistd.h>
int chdir(const char *path);
作用：修改进程的工作目录。比如在 /home/qykhhr 启动了一个可执行程序a.out，进程的工作目录就是 /home/qykhhr
参数：

• path：需要修改的工作目录

char* getcwd(char* buf, size_t size);

#include <unistd.h>
// cwd（current work directory，当前工作路径）
char *getcwd(char *buf, size_t size);
作用：获取当前工作目录
参数：

• buf：存储的路径，指向的是一个数组（传出参数）
• size：数组的大小

返回值：返回的指向的一块内存，这个数据就是第一个参数

获取当前的工作目录，修改当前工作目录，并创建一个新文件

/*
#include <unistd.h>
int chdir(const char *path);作用：修改进程的工作目录。比如在 /home/qykhhr 启动了一个可执行程序a.out，进程的工作目录就是 /home/qykhhr参数：path：需要修改的工作目录#include <unistd.h>
// cwd（current work directory，当前工作路径）
char *getcwd(char *buf, size_t size);作用：获取当前工作目录参数：buf：存储的路径，指向的是一个数组（传出参数）size：数组的大小返回值：返回的指向的一块内存，这个数据就是第一个参数
*/
#include <unistd.h>
#include<stdio.h>#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>int main()
{// 获取当前的工作目录char buf[128];getcwd(buf,sizeof(buf));printf("当前的工作目录是：%s\n",buf);// 修改工作目录int ret = chdir("/home/qykhhr/Linux/lesson13");if(ret == -1){perror("chdir函数");return -1;}// 创建一个新的文件int fd = open("chdir.txt",O_CREAT|O_RDWR,0644);if(fd == -1){perror("open函数");return -1;}close(fd);// 再次获取当前工作目录char buf1[128];getcwd(buf1,sizeof(buf1));printf("当前的工作目录是：%s\n",buf1);return 0;
}

10、目录遍历函数

DIR* opendir(const char *name);

#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
DIR *opendir(const char *name); 可以通过（man 3 opendir）命令来查看这个指令的用法
作用：打开一个目录
参数：

• name：需要打开的目录的名称

返回值

• DIR * 类型，可以理解为目录流
• 错误返回 NULL

struct dirent *readdir(DIR *dirp);

#include <dirent.h>
struct dirent *readdir(DIR *dirp);
作用：读取目录中的数据
参数：

• dirp：是 opendir 函数返回的结果

返回值：

• struct dirent 代表读取到的文件的信息
• 读取到了末尾或者失败了，返回 NULL

int closedir(DIR* dirp);

#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
int closedir(DIR *dirp);
作用：关闭目录

读取某个目录下所有的额普通文件的个数

/*
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
DIR *opendir(const char *name); 可以通过（man 3 opendir）命令来查看这个指令的用法作用：打开一个目录参数：name：需要打开的目录的名称返回值DIR  * 类型，可以理解为目录流错误返回 NULL#include <dirent.h>
struct dirent *readdir(DIR *dirp);作用：读取目录中的数据参数：dirp：是 opendir 函数返回的结果返回值：struct dirent 代表读取到的文件的信息读取到了末尾或者失败了，返回 NULL#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
int closedir(DIR *dirp);作用：关闭目录
*/
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>// 用于获取目录下所有普通文件的个数
int getFileNum(const char * path);// 读取某个目录下所有的额普通文件的个数
int main(int argc,char* argv[])
{if(argc < 2){printf("%s path\n",argv[0]);return -1;}int num = getFileNum(argv[1]);printf("普通文件个数为：%d\n",num);return 0;
}// 用于获取目录下所有普通文件的个数
int getFileNum(const char * path)
{// 1、打开目录DIR * dir = opendir(path);if(dir == NULL){perror("opendir函数");exit(0);}// 普通文件的数量int total = 0;struct dirent* ptr;while((ptr = readdir(dir)) != NULL){// 获取名称char* dname = ptr->d_name;// 忽略掉 . 和 ..if(strcmp(dname,".") == 0 || strcmp(dname,"..") == 0){continue;}// 判断是普通文件还是目录if(ptr->d_type == DT_DIR){// 目录，需要继续读取这个目录char newpath[1024];sprintf(newpath,"%s/%s",path,ptr->d_name);total += getFileNum(newpath);}if(ptr->d_type == DT_REG){// 普通文件total++;}}// 关闭目录closedir(dir);return total;
}

11、dirent 结构体和 d_type

struct dirent
{// 此目录进入点的 inodeino_t d_ino;// 目录文件开头至此目录进入点的位移off_t d_off;// d_name   的长度 , 不包含 NULL 字符unsigned short int d_reclen;// d_name  所指的文件类型unsigned char d_type;// 文件名char d_name[256];
};

d_type

• DT_BLK - 块设备
• DT_CHR - 字符设备
• DT_DIR - 目录
• DT_LNK - 软连接
• DT_FIFO - 管道
• DT_REG - 普通文件
• DT_SOCK - 套接字
• DT_UNKNOWN - 未知

12、dup、dup2 函数

int dup(int oldfd);

#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
作用：复制一个新的文件描述符，从空闲的文件描述符表中找一个最小的，作为新的拷贝的文件描述符
fd = 3, int fd1 = dup(fd); 其中 fd 指向的是 a.txt，fd1 也是指向a.txt，

/*
#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);作用：复制一个新的文件描述符，从空闲的文件描述符表中找一个最小的，作为新的拷贝的文件描述符fd = 3, int fd1 = dup(fd);fd指向的是a.txt，fd1也是指向a.txt，
*/
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{int fd = open("a.txt",O_CREAT | O_RDWR,0777);int fd1 = dup(fd);if(fd1 == -1){perror("dup");return -1;}printf("fd = %d, fd1 = %d\n",fd,fd1);// 关闭文件close(fd);char * str = "hello,world";int ret = write(fd1,str,strlen(str));if(ret == -1){perror("write函数");return -1;}close(fd1);return 0;
}

int dup2(int oldfd, int newfd);

#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);
作用：重定向文件描述符
oldfd 指向 a.txt，newfd 指向 b.txt
调用函数成功后：newfd 和 b.txt 没有关联，newfd 指向了 a.txt
oldfd 必须是一个有效的文件描述符
oldfd 和 newfd 值相同，相当于什么都没做

/*
#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);作用：重定向文件描述符oldfd 指向 a.txt，newfd 指向 b.txt调用函数成功后：newfd 和 b.txt 没有关联，newfd 指向了 a.txtoldfd 必须是一个有效的文件描述符oldfd 和 newfd 值相同，相当于什么都没做
*/
#include <unistd.h>#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{int fd = open("1.txt",O_RDWR | O_CREAT, 0664);if(fd == -1){perror("open函数");return -1;}int fd1 = open("2.txt",O_RDWR | O_CREAT,0664);if(fd1 == -1){perror("open函数");return -1;}printf("fd = %d, fd1 = %d\n",fd,fd1);int fd2 = dup2(fd,fd1);// 返回的fd2和fd1值相同if(fd2 == -1){perror("dup2函数");return -1;}// 通过 fd1 操作数据，实际操作是1.txt，而不是2.txtchar * str = "hello,world\n";int len = write(fd1,str,strlen(str));if(len == -1){perror("write函数");return -1;} printf("fd = %d, fd1 = %d, fd2 = %d\n",fd,fd1,fd2);  close(fd);// 因为 fd1 和 fd2 相同，所有我们只需要关闭一个即可close(fd1);return 0;
}

13、fcntl 函数

int fcntl(int fd, int cmd, …/* arg */);

• 复制文件描述符，
• 设置/获取文件标志

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ... );
参数：

• fd：表示需要操作的文件描述符
• cmd：表示对文件描述符进行如何操作
  • F_DUPFD：复制文件描述符，复制到第一个参数fd，得到一个新的文件描述符（返回值）
    int ret = fcntl(fd,F_DUPFD)l
  • F_GETFL：获取指定的文件描述符文件状态flag
    获取的flag和我们通过open函数传递的flag是一个东西
  • F_SETFL：设置文件描述符文件状态flag
    必选项：O_RDONLY，O_WRONLY，O_RDWR 不可以被修改
    可选项：O_APPEND。O_ASYNC，O_NONBLOCK
    O_APPEND 表示追加数据
    O_NONBLOCK 设置成非阻塞

阻塞和非阻塞：描述的是函数调用的行为。

/*
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ... );参数：fd：表示需要操作的文件描述符cmd：表示对文件描述符进行如何操作- F_DUPFD：复制文件描述符，复制到第一个参数fd，得到一个新的文件描述符（返回值）int ret = fcntl(fd,F_DUPFD)l- F_GETFL：获取指定的文件描述符文件状态flag获取的flag和我们通过open函数传递的flag是一个东西- F_SETFL：设置文件描述符文件状态flag必选项：O_RDONLY，O_WRONLY，O_RDWR 不可以被修改可选项：O_APPEND。O_ASYNC，O_NONBLOCKO_APPEND 表示追加数据O_NONBLOCK 设置成非阻塞阻塞和非阻塞：描述的是函数调用的行为。 */
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{// 1、复制文件描述符// int fd = open("1.txt",O_RDONLY);// int copyfd = fcntl(fd,F_DUPFD);// 2、修改或者获取文件状态 flagint fd = open("1.txt",O_RDWR);if(fd == -1){perror("open函数");return -1;}// 获取文件描述符状态 flag// 直接加上O_APPEND这个参数会丢失之前的文件状态，我们需要先获取文件状态然后和O_APPEND进行按位或int flag = fcntl(fd, F_GETFL);if(flag == -1){perror("fcntl函数");return -1;}flag |= O_APPEND; // flag = falg | O_APPEND;// 修改文件描述符的flag，给flag加入O_APPEND 这个标记，直接加上O_APPEND这个参数会丢失之前的文件状态，我们需要先获取文件状态然后和O_APPEND进行按位或int ret = fcntl(fd,F_SETFL,flag);if(ret == -1){perror("fcntl函数");return -1;}char * str = "world\n";int len = write(fd,str,strlen(str));if(len == -1){perror("write函数");return -1;}close(fd);close(ret);return 0;
}