linux環境下的c++編程


       就C＋＋開發工具而言，與Windows下微軟（VC， VS2005等）一統天下相比，Linux/Unix下C＋＋開發，可謂五花八門，各式各樣。Emacs,
vi, eclipse, anjuta，kdevelop等層出不窮。




        Windows下，開發工具多以集成開發環境IDE的形式展現給最終用戶。例如，VS2005集成了編輯器，宏彙編ml，C
/C++編譯器cl，資源編譯器rc，調試器，文檔生成工具, nmake。它們以集成方式提供給最終用戶，對於初學者而言十分方便。但是，這種商業模式，直接導致用戶可定製性差，不利於自動化，集成第三方工具的能力弱。


例如，無法定製一些宏來處理一些重複操作；體會不到自動化makefile一步到位快感；無法遠程登錄到服務器上進行開發；無法使用某種粘合劑來把第三方工具（例如，文本工具，字符串工具）有效地調用起來。可以說，良好的商業支持和傻瓜式開發，是它們主要的優點。




        在linux下，開發工具被切割成一個個獨立的小工具。各自處理不同的問題。例如:


編輯器（emacs, vim）                     用來進行編輯程序的

調試器（gdb）                                用來調試程序

編譯器（GCC）                              用來編譯和鏈接程序的

性能分析工具（gcov, gprof）           用來優化程序的

文檔生成器（doxygen）                用來生成文檔的


         同時，還有一些系統工具和系統知識，我們是很有必要了解的：程序自動化機制 makefile，系統粘合劑shell，系統查找工具grep,
locate, find。其它的工具（例如ctags， OCI公司的MPC等等），一旦熟練掌握，它們將成為你手中的利器。




        本文主要是一些針對LINUX下開發工具使用的經驗之談。由於，工具品種繁多，我們沒有能力也沒有必要一一介紹。對於LINUX下IDE工具，例如 eclipse, anjuta等，它們雖然也很實用，但是使用起來比較簡單，而且目前還算不上主流。所以，它們將不被着重介紹。同時，本文也不打算寫成各個工具的操作手冊，只着眼於介紹各個工具的想要解決的問題、運行機理和主要特性。




 

        編輯器

        要進行開發，第一件事情就是選擇一個合適的編輯器。編輯器選擇有幾個要素：

        1）減少不必要的編輯動作，減少編輯的時間。

        一切能夠無二義性描述出來的編輯任務，都可以而且應該能被自動化。例如，每一個C＋＋程序都會有一個main函數；我們在定義.h文件時，都希望加入一些預處理指令＃define來幫我們解決重複引用同一個頭文件而帶來的麻煩。鼠標操作總是比鍵盤操作要慢的。這方面 EMACS 做得可算是到了極致。所以，
EMACS用戶經常會吹噓：他們編輯的速度等同於他們思考的速度。


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鏈表處理語言 (有專貼)


　　
LISP（全名LISt Processor，即鏈表處理語言），由約翰·麥卡錫在1960年左右創造的一種基於λ演算的函數式程式語言。


　　LISP有很多種方言，各個實現中的語言不完全一樣。各種LISP方言的長處在於操作符號性的數據和複雜的數據結構。1980年代Guy L. Steele編寫了Common
Lisp試圖進行標準化，這個標準被大多數解釋器和編譯器所接受。在Unix/Linux系統中，還有一種和Emacs一起的Emacs
Lisp（而Emacs正是用Lisp編寫的）非常流行，並建立了自己的標準。


　　LISP的祖先是1950年代Carnegie-Mellon大學的Newell、Shaw、Simon開發的IPL語言。


　　LISP語言的主要現代版本包括Common
Lisp和Scheme。


　　lisp擁有理論上最高的運算能力


　　lisp在cad繪圖軟件上的應用非常廣泛，普通用戶均可以用lisp編寫出各種定製的繪圖命令。


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        2）可擴展性高。

        程序員預期的編輯器應該能提供一些編程的幫助，例如，語法高亮，自動補齊，自動排版，語法檢查等等。留心觀察一下gedit, vim, emacs, ultraEdit，就會發現它們提供的遠不是windows 記事本，寫字板提供的那麼簡陋的功能。對於一種新的語言，新的語法，它們應該能很方便地提供支持，而不停留在一種或幾種固定的語言上。




        3）用戶可定製性高。

        如果想長期從事研發， 特別是linux/unix下研發的話，那麼你很有必要學好一個功能足夠的編輯器。有這麼一句話：Linux下程序員分為三種，使用emacs的，使用vi的，還有其它。

        EMACS是Stallman用lisp語言寫的一個GPL的編輯器。我們這裡所說的emacs指的是GNU emacs，而非Xemacs。由於它的開放性，我們可以把它打造成一個功能強大的IDE。我們在安裝好CGYwin之後，也可以在Windows系統下使用 EMACS。CGYwin和MINGW是第三方寫的一個在Windows系統上模擬POSIX系統的工具。

        EMACS與其說的是一個編輯器，倒不如說它是一個操作系統。我們可以用它來寫編程，寫wiki，收發郵件等等。EMACS主要是通過兩種方式來進行擴展：el腳本(elisp是lisp的一種方言）和第三方擴展包。EMACS的入門成本很高。由於是純鍵盤操作，所以需要記憶大量的快捷鍵；功能強大是通過用戶添加一些擴展包，lisp腳本來實現的。如何正確配置和修改是很需要耐心和技巧的。




        編譯器

        編譯器首選GCC（GNU COMPILER COLLECTION)。原因有兩個，它是GNU開源的，同時它對標準C++的支持度高達96.15%。而VC++6.0的支持度只有83.43%。
GCC不僅是通常意義上的C或C++的編譯器，它還可以編譯java等其它語言。gcc是GUN c的編譯器,
g++ 是GUN c++的編譯器, 而EGCS(Enhanced
GNU Compiler Suite)可以認為是gcc的改進版。

        編譯語言從源程序到目標代碼會經過如下幾個階段：源程序－＞彙編程序－＞編譯成obj程序－>鏈接成最終可執行程序。我們可以通過一條編譯指令來完成所有步驟。也可以分步執行。


        gcc有三個重要選項-E(只進行預處理),
-S(生成彙編代碼),
-g(生成帶原代碼調試符號的可執行文件，如果想用gdb調試的話，就應該在編譯時打開這個選項）。

        GCC可以看作一個軟件包，除了編譯工具，它還集成了調試器gdb，性能分析工具gcov, gprof。只要我們裝好了GCC，這些強大工具就可以直接使用了。

        通過gcov，我們可以查看一個程序，原始碼中每行代碼的運行次數。我們優化運行次數最多的代碼，那麼就可以大大優化程序。使用gcov時，需要打開 GCC的 fprofile-arcs 和
ftest-coverage 兩個選項。gcov中常用的選項有-b分支統計信息。

        通過gprof工具，我們可以查看函數之間的調用順序，及各個函數運行的時間。我們可以將gprof理解為linux/unix自帶工具time的加強版。使用gprof時，需要打開GCC的pg選項。

        gcov 和
gprof 的共同點是在編譯程序時，加入自己的一些輔助信息，由此來進行程序診斷。除了，這些優化手段，我們還可以使用一些內存泄漏工具，來減少野指針，未釋放的內存空間。




         調試器

        GDB即GNU的調試器，它是GCC附帶的一個性能優質的調試器。通過GDB和腳本結合，我們可以很好的實現回歸測試。

        GDB可以運行於CLI和GUI兩種模式（命令行和圖形模式） 。默認GDB是CLI模式的，我們可以去下載和安裝GUI模式的GDB，例如xxgdb，
ddd等。一個更好的方式是在 EMACS中使用GDB。GDB包括visual
studio工具的所有調試功能，還包括它沒有的功能。它除了支持，我們一般的設置斷點，單步跟蹤，step in, step out, step over等，還有一些強大的功能。在gdb中，我們可以有以下幾種暫停方式：斷點（BreakPoint）、觀察點（WatchPoint）、捕捉點（CatchPoint）、信號（Signals）、線程停止（Thread
Stops）。

        下面列舉幾個讓我印象深刻的功能。1）通過 watch指令，可以讓程序在某個變量的值發生變化時，暫停下來。2）通過print指令，在程序運行時，設置變量的值，運行一個程序自身支持的一個方法。3）通過until指令，我們可以讓程序在運行到某個程序時暫停下來。4）通過break.. if指令，使得程序在滿足某個bool表達式時，暫停下來。




         粘合劑

        我想通過粘合劑這個詞來表達將多個工具粘合起來的膠水。例如，通過shell腳本，我們可以把OS命令，sed指令，awk指令，其它腳本文件等串聯起來，發揮它們的合力。在linux C++編程中，我們不可避免地會使用makefile文件。通過它我們可以把編譯指令，生成文檔操作，清除操作等等串聯起來。從某種意義上來看，它也相當於一個粘合劑。

        makefile的出發點是，維護好一個項目中眾多文件的依賴關係，由此得到一個源程序的拓撲圖。當我們只修改圖中某個結點時，重新編譯時就只需要將拓撲圖中關聯的鏈路進行編譯就好了。由此，大大縮短了編譯的時間。make有兩大概念：dependencies和rules。規則rule即針對每一個依賴關係 dependency定義一個操作規則。這個細粒度的分離，就可以使我們可以定製軟件構建的行為。例如，修改使用的編譯器，修改includepath, 修改libpath, 修改編譯選項等等。我們常見的VC中的nmake，功能和make是類似的。

        make使用的重點和難點是編寫Makefile文件。Makefile的語法相對其它語言來說是很不一樣的，我們要特別注意TAB鍵和空格鍵的區別。有很多工具可以用來幫助我們生成Makefile。最出名的就是GNU的autoconf了。一個GNU程序的編寫，需要autoscan, aclocal, autoconf,automake這四個工具。

        我們知道GNU軟件安裝的三步曲是：./configure, make, make install。其中./configure就是根據autoconf,
alocal等工具生成一個makefile文件。make指令就是調用make指令來根據makefile文件的規則來編譯源程序。而make
install就是執行makefile中的install規則指出的操作（一般是copy操作）。而make clean就是執行makefile中的clean規則指出的操作（一般是rm操作）。我們用Eclispe+CDT開發Managed C++
Project時，它就是通過objects.mk,subdir.mk,sources.mk三個文件來生成Makefile。我們注意觀察編譯時的輸出信息，就可以看到顯示的Makefile文件的內容。

        可以說，如果想編譯出跨平台的C＋＋程序，那麼makefile是一種最方便的機制。

        OCI公司為Douglas
C.Schmidt的ACE，TAO開源社區編寫了一段偉大的perl腳本－－MPC。它由平台信息，一個規則文件，原始碼，生成用戶想要的工程文件，例如Make, Nmake, Visual C++ 6, Visual C++ 7等等。Google
Web Tookit, Celtix做的事情與之類似，不過它們是針對JAVA的，而MPC是針對C＋＋的。




         結束語

        國內資料太多的低層次的重複，經常是一個網頁被多次轉載，而且回答問題時深度不夠。個人找資料的順序是：


        查看quick start或how
to文檔－＞自帶的幫助（如果看起來不太吃力話）－＞百度查一下中文網頁，來理清一下基本概念－＞google查一下－＞幾個大的，相關的網站查下資料－＞看自帶幫助。再者，面對面的交流是十分重要的，大家可以相互理一下概念，交流一下心得。可惜，我身邊這種氛圍還是不夠。 // 這種氣氛現在想來是無比的難得

        Linux下開發還可以更友好一些。個人感覺， linux開發要在國內普通程序員中大規模普及，還有一段很長的路要走。ubuntu火爆的主要原因，就是它幫用戶搭好一些默認配置。用戶如果想新加一些服務，它們提供了良好，有效地支持。所以，我想我們可以在IDE和現在linux這種一個個小部件的這兩種狀態之間，取一個折衷。也就是針對幾種主要需求的用戶，發佈一些配置好的環境。尤其是emacs的各種el腳本（例如界面主題的color-theme， C/C++語言編輯策略，代碼樣式設置腳本，各種emacs系統設置）， 第三方擴展包（模板template, 編程支持包cedet等）。每一個用戶浪費時間來進行這些配置是十分沒有意義的！工具始終只是工具，我們不能淪為工具的奴隸，不能把一大部分精力浪費在配置工具上。

        值得注意的是現在方興未艾的eclipse有向這方面邁進的趨勢。但是，現在emacs已經做得很好了，ecilpse能否超越它，我們還有待觀察。我們可以通過在eclipse上安裝SDT外掛程式來進行C++開發。但是，它目前還不支持調試功能，而且不太穩定，功能不夠強。例如，有時會無故死掉；如果想通過eclipse來轉向函數原型的話，那麼迎接你的將是一個漫長、焦急的等待。


        由於本人缺少在linux下進行實際大規模程序的開發經驗，對很多工具和機制的理解還比較膚淺。對它們的熟悉程度離真正實用，還有一段很長的路要走。