1.引言
Linux操作系統(tǒng)在服務器領域的應用和普及已經有較長的歷史，這源于它的開源特點以及其超越Windows的安全性和穩(wěn)定性。而近年來，Linux操作系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)領域的延伸也可謂是如日中天，許多版本的嵌入式Linux系統(tǒng)被開發(fā)出來，如ucLinux、RTLinux、ARM-Linux等等。在嵌入式操作系統(tǒng)方面，Linux的地位是不容懷疑的，它開源、它包含TCP/IP協(xié)議棧、它易集成GUI。
鑒于Linux操作系統(tǒng)在服務器和嵌入式系統(tǒng)領域愈來愈廣泛的應用，社會上越來越需要基于Linux操作系統(tǒng)進行編程的開發(fā)人員。
瀏覽許多論壇，經常碰到這樣的提問：“現(xiàn)在是不是很流行unix/linux下的c編程？所以想學習一下！但是不知道該從何學起，如何下手！有什么好的建議嗎？各位高手！哪些書籍比較合適初學者？在深入淺出的過程中應該看哪些不同層次的書？比如好的網站、論壇請大家賜教！不慎感激！”
鑒于讀者的需求，在本文中，筆者將對Linux平臺下C編程的幾個方面進行實例講解，并力求回答讀者們關心的問題，以與讀者朋友們進行交流，共同提高。在本文的連載過程中，有任何問題或建議，您可以給筆者發(fā)送email：21cnbao@21cn.com，您也可以進入筆者的博客參與討論：http://blog.donews.com/21cnbao。
筆者建議在PC內存足夠大的情況下，不要直接安裝Linux操作系統(tǒng)，最好把它安裝在運行VMWare虛擬機軟件的Windows平臺上，如下圖：
在Linux平臺下，可用任意一個文本編輯工具編輯源代碼，但筆者建議使用emacs軟件，它具備語法高亮、版本控制等附帶功能，如下圖：
2.GCC編譯器
GCC是Linux平臺下最重要的開發(fā)工具，它是GNU的C和C++編譯器，其基本用法為：
gcc [options] [filenames]
options為編譯選項，GCC總共提供的編譯選項超過100個，但只有少數(shù)幾個會被頻繁使用，我們僅對幾個常用選項進行介紹。
假設我們編譯一輸出“Hello World”的程序：
/* Filename:helloworld.c */
main()
{
printf("Hello World\n");
}
最簡單的編譯方法是不指定任何編譯選項：
gcc helloworld.c
它會為目標程序生成默認的文件名a.out，我們可用-o編譯選項來為將產生的可執(zhí)行文件指定一個文件名來代替a.out。例如，將上述名為helloworld.c的C程序編譯為名叫helloworld的可執(zhí)行文件，需要輸入如下命令：
gcc –o helloworld helloworld.c
-c選項告訴GCC僅把源代碼編譯為目標代碼而跳過匯編和連接的步驟；
-S 編譯選項告訴GCC 在為 C代碼產生了匯編語言文件后停止編譯。GCC 產生的匯編語言文件的缺省擴展名是.s，上述程序運行如下命令：
gcc –S helloworld.c
將生成helloworld.c的匯編代碼，使用的是AT&T匯編。用emacs打開匯編代碼如下圖：
-E選項指示編譯器僅對輸入文件進行預處理。當這個選項被使用時，預處理器的輸出被送到標準輸出（默認為屏幕）而不是儲存在文件里。
-O選項告訴GCC對源代碼進行基本優(yōu)化從而使得程序執(zhí)行地更快；而-O2選項告訴GCC產生盡可能小和盡可能快的代碼。使用-O2選項編譯的速度比使用-O時慢，但產生的代碼執(zhí)行速度會更快。
-g選項告訴GCC產生能被GNU調試器使用的調試信息以便調試你的程序，可喜的是，在GCC里，我們能聯(lián)用-g和-O (產生優(yōu)化代碼)。
-pg選項告訴GCC在你的程序里加入額外的代碼，執(zhí)行時，產生gprof用的剖析信息以顯示你的程序的耗時情況。
3.GDB調試器
GCC用于編譯程序，而Linux的另一個GNU工具gdb則用于調試程序。gdb是一個用來調試C和C++程序的強力調試器，我們能通過它進行一系列調試工作，包括設置斷點、觀查變量、單步等。
其最常用的命令如下：
file：裝入想要調試的可執(zhí)行文件。
kill：終止正在調試的程序。
list：列表顯示源代碼。
next：執(zhí)行一行源代碼但不進入函數(shù)內部。
step：執(zhí)行一行源代碼而且進入函數(shù)內部。
run：執(zhí)行當前被調試的程序
quit：終止gdb
watch：監(jiān)視一個變量的值
break：在代碼里設置斷點，程序執(zhí)行到這里時掛起
make：不退出gdb而重新產生可執(zhí)行文件
shell：不離開gdb而執(zhí)行shell
下面我們來演示怎樣用GDB來調試一個求0+1+2+3+…+99的程序：
/* Filename:sum.c */
main()
{
int i, sum;
sum = 0;
for (i = 0; i < 100; i++)
{
sum + = i;
}
printf("the sum of 1+2+...+ is %d", sum);
}
執(zhí)行如下命令編譯sum.c（加-g選項產生debug信息）：
gcc –g –o sum sum.c
在命令行上鍵入gdb sum并按回車鍵就可以開始調試sum了，再運行run命令執(zhí)行sum，屏幕上將看到如下內容：
list命令：
list命令用于列出源代碼，對上述程序兩次運行l(wèi)ist，將出現(xiàn)如下畫面（源代碼被標行號）：
根據(jù)列出的源程序，如果我們將斷點設置在第5行，只需在gdb 命令行提示符下鍵入如下命令設置斷點：(gdb) break 5，執(zhí)行情況如下圖：
這個時候我們再run，程序會停止在第5行，如下圖：
設置斷點的另一種語法是 break <function>，它在進入指定函數(shù)（function）時停住。
相反的，clear用于清除所有的已定義的斷點，clear <function>清除設置在函數(shù)上的斷點， clear <linenum>則清除設置在指定行上的斷點。
watch命令：
watch命令用于觀查變量或表達式的值，我們觀查sum變量只需要運行watch sum：
watch <expr>為表達式（變量）expr設置一個觀察點，一量表達式值有變化時，程序會停止執(zhí)行。
要觀查當前設置的watch，可以使用info watchpoints命令。
next、step命令：
next、step用于單步執(zhí)行，在執(zhí)行的過程中，被watch變量的變化情況將實時呈現(xiàn)(分別顯示Old value和New value)，如下圖：
next、step命令的區(qū)別在于step遇到函數(shù)調用，會跳轉到到該函數(shù)定義的開始行去執(zhí)行，而next則不進入到函數(shù)內部，它把函數(shù)調用語句當作一條普通語句執(zhí)行。
4.Make
make是所有想在Linux系統(tǒng)上編程的用戶必須掌握的工具，對于任何稍具規(guī)模的程序，我們都會使用到make，幾乎可以說不使用make的程序不具備任何實用價值。
在此，我們有必要解釋編譯和連接的區(qū)別。編譯器使用源碼文件來產生某種形式的目標文件(object files)，在編譯過程中，外部的符號參考并沒有被解釋或替換（即外部全局變量和函數(shù)并沒有被找到）。因此，在編譯階段所報的錯誤一般都是語法錯誤。而連接器則用于連接目標文件和程序包，生成一個可執(zhí)行程序。在連接階段，一個目標文件中對別的文件中的符號的參考被解釋，如果有符號不能找到，會報告連接錯誤。
編譯和連接的一般步驟是：第一階段把源文件一個一個的編譯成目標文件，第二階段把所有的目標文件加上需要的程序包連接成一個可執(zhí)行文件。這樣的過程很痛苦，我們需要使用大量的gcc命令。
而make則使我們從大量源文件的編譯和連接工作中解放出來，綜合為一步完成。GNU Make的主要工作是讀進一個文本文件，稱為makefile。這個文件記錄了哪些文件（目的文件，目的文件不一定是最后的可執(zhí)行程序，它可以是任何一種文件）由哪些文件（依靠文件）產生，用什么命令來產生。Make依靠此makefile中的信息檢查磁盤上的文件，如果目的文件的創(chuàng)建或修改時間比它的一個依靠文件舊的話，make就執(zhí)行相應的命令，以便更新目的文件。
假設我們寫下如下的三個文件，add.h用于聲明add函數(shù)，add.c提供兩個整數(shù)相加的函數(shù)體，而main.c中調用add函數(shù)：
/* filename:add.h */
extern int add(int i, int j);
/* filename:add.c */
int add(int i, int j)
{
return i + j;
}
/* filename:main.c */
#include "add.h"
main()
{
int a, b;
a = 2;
b = 3;
printf("the sum of a+b is %d", add(a + b));
}
怎樣為上述三個文件產生makefile呢？如下：
test : main.o add.o
gcc main.o add.o -o test
main.o : main.c add.h
gcc -c main.c -o main.o
add.o : add.c add.h
gcc -c add.c -o add.o
上述makefile利用add.c和add.h文件執(zhí)行gcc -c add.c -o add.o命令產生add.o目標代碼，利用main.c和add.h文件執(zhí)行gcc -c main.c -o main.o命令產生main.o目標代碼，最后利用main.o和add.o文件（兩個模塊的目標代碼）執(zhí)行gcc main.o add.o -o test命令產生可執(zhí)行文件test。
我們可在makefile中加入變量，另外。環(huán)境變量在make過程中也被解釋成make的變量。這些變量是大小寫敏感的，一般使用大寫字母。Make變量可以做很多事情，例如：
i) 存儲一個文件名列表；
ii) 存儲可執(zhí)行文件名；
iii) 存儲編譯器選項。
要定義一個變量，只需要在一行的開始寫下這個變量的名字，后面跟一個=號，再跟變量的值。引用變量的方法是寫一個$符號，后面跟（變量名）。我們把前面的 makefile 利用變量重寫一遍（并假設使用-Wall -O –g編譯選項）：
OBJS = main.o add.o
CC = gcc
CFLAGS = -Wall -O -g
test : $(OBJS)
$(CC) $(OBJS) -o test
main.o : main.c add.h
$(CC) $(CFLAGS) -c main.c -o main.o
add.o : add.c add.h
$(CC) $(CFLAGS) -c add.c -o add.o
makefile 中還可定義清除（clean）目標，可用來清除編譯過程中產生的中間文件，例如在上述makefile文件中添加下列代碼：
clean:
rm -f *.o
運行make clean時，將執(zhí)行rm -f *.o命令，刪除所有編譯過程中產生的中間文件。
不管怎么說，自己動手編寫makefile仍然是很復雜和煩瑣的，而且很容易出錯。因此，GNU也為我們提供了Automake和Autoconf來輔助快速自動產生makefile，讀者可以參閱相關資料。
5.小結
本章主要闡述了Linux程序的編寫、編譯、調試方法及make，實際上就是引導讀者學習怎樣在Linux下編程，為后續(xù)章節(jié)做好準備。