迅为IMX6ULL终结者开发板Ubuntu下C编程入门

孤久厌闹 · 发表于 2020-5-11 13:56

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我们在 Windows 下使用 C 语言开发的时候，一般都会有支持 Windows 的开发工具，比如我们学习 51 单
片机或者 STM32,所使用的的 Keil 开发软件。此类开发工具一般都会集编辑、编译于一体，我们只需要编辑
好代码，电机开发工具的编译按钮，就可以自动为我们编译出可执行的二进制文件了。Ubuntu 下的 C 语言
开发与 Windows 下的 C 语言开发是不一样的，并没有图形界面的开发工具，而且编辑和编译是分开的。我
们需要使用文本编辑软件先编写代码，然后使用编译工具（GCC）来编译，最终生成可执行的二进制文件。
如果我们的工程中有多个源文件，在编译的时候我们通常会通过 Makefile 文件来管理整个工程的源文件。
本章我们来学习如何在 Ubuntu 下进行 C 语言成的编辑，GCC 编译，Makefile 文件的使用。通过本章学习我
们可以掌握 Linux 下的 C 语言开发基本方法，为后面的学习做好准备。
3.1 x Linux 下编写第一个 C C 程序程序
本章节开始的部分我们介绍了 Ubuntu 下 C 程序开发分成两部分：编辑和编译。Ubuntu 下有很多种文本
编辑的工具，如 vim、Gedit、Emacs，这里我们使用前面章节介绍的 vim 文本编辑工具来编辑 C 程序。相信
大家在学习 C 语言的时候都是从“Hello World”这个程序开始的吧，下面我们通过这个程序，来学习下 Linux
下 C 程序开发的流程。
3.1.1 代码编写
首先我们在用户根目录下建立文件夹“work”，用于保存所有 C 语言的程序，运行结果如下图所示：

然后进入创建的文件夹 work，为了方便管理，我们每个例程都创建单独的文件夹，首先我们创建文件
夹“hello_world”来保存我们的第一个 C 程序，如下图所示：

然后进入上图中的 hello_world 文件夹，使用 vi 命令新建文件“main.c”，然后在里面输入下面的代
码：
#include
int mian(int argc, char *argv[])
{
printf("Hello World!\n");
return 0;
}
编写完以后保存并退出 vim 编辑器，然后可以使用 cat 命令查看代码是否保存成功，如下图所示：

通过上图可以看到代码已经编辑完成了。
3.1.2 代码编译
Ubuntu 下使用 gcc 编译器来编译 C 程序，我们在安装 Ubuntu 系统的时候，gcc 编译器 morning 安装好
了，我们可以在终端输入“gcc -v”来查看下 gcc 的版本，如下图所示：

通过上图可以看到 gcc 的版本信息，说明我们的 Ubuntu 上已经安装了 gcc 编译器了，下面我们来看看
怎么通过 gcc 编译我们的第一个 C 程序，我们在终端输入“gcc main.c -o main”,然后回车，会生成 main 文
件，如下图所示：

在上面的“gcc main.c -o main”这个命令里面“-o“用来指定编译生成的文件名字，我们指定的是 main，
所以在图 3.1.2.2 中可以看到生成了文件“main”，如果我们想生成其它的文件名字，我们只需要修改“-o”
后面的 main（修改成您希望生成的文件名字）。经过前面的步骤已经生成了可执行文件 main，现在我们演
示下在终端如何运行一个可行性的程序，我们直接在终端当前目录下（可执行文件所在的目录下）输入
“./main”，然后回车，就可以运行可执行文件 main 了，运行结果如下图所示：

在上图中运行的命令“./main”，其中的“./”代表当前目录下。我们可以看到在终端打印出了 Hello
World！。至此，Linux 下的 C 语言编辑和编译的一整套流程我们就介绍完了。
3.2 c gcc 编译器编译器
3.2.1 gcc 命令分析
在 3.1 节我们已经使用 gcc 编译了 Linux 下的第一个 C 程序，gcc 命令的格式如下：
gcc [参数] [文件名]
主要参数说明如下：
-c 编译、汇编到目标代码（.o），不链接成可执行文件
-g 生成调试信息
-o 编译完成后生成的文件名，如果不使用该选项，默认生成 a.out 文件
-O 对程序进行优化编译，产生的可执行文件执行效率高
-w 不生成任何警告
-S 仅编译到汇编语言，不进行汇编和链接
3.2.2 编译警告错误处理
我们是 Windows 下使用 Keil 或者其他开发工具，在编译的时候，如果程序有错误，开发工具会提示出
具体的错误信息，可以很方便的定位到问题点，快速的修改出现的问题，gcc 同样也有类似的功能，下面我
们来看下 gcc 的错误提示功能，首先我们在 work 目录下建立文件夹“test2”，然后使用 vim 在 test2 文件
夹创建 main.c 文件夹，在 main.c 文件输入如下代码：
#include
int main(int argc, char *argv[])
{
int a；
a = 1
printf("a=\n", a);
return 0;
}
上面代码有两处错误：
第 7 行最后缺少“;”
第 9 行 printf 语法不对，应该为：printf("a =%d\n", a);
我们使用 gcc 编译 main.c，可以看到 gcc 会提示错误信息，如下图所示：

从上图中可以看到在 mian.c 文件的第 9 行 printf 前面缺少“;”我们在第 7 行“a = 1”后面加上“;”，
然后继续编译，如下图所示：

从上图可以看出编译提示语法格式不对，我们把第 9 行修改成“printf("a=%d\n", a);”，然后在继续编
译，如下图所示：

我们可以看到这次 gcc 编译通过，最终生成了文件 main。我们在终端执行 main，运行结果如下图所示：

从上图可以看到运行的结果和我们涉及到额结果一致，通过本例程可以看到 gcc 编译器不仅可以检测出
程序的错误，而且还会标记处错误在哪个文件的哪一行，很方便的帮助我们去修改问题。
从上图可以看到运行的结果和我们涉及到额结果一致，通过本例程可以看到 gcc 编译器不仅可以检测出
程序的错误，而且还会标记处错误在哪个文件的哪一行，很方便的帮助我们去修改问题。
3.2.3 gcc  编译流程
gcc 的编译流程可以分成四个步骤：
1.预处理，生成预编译文件（.文件）
2.编译，生成汇编代码（.S 文件）
3.汇编，生成目标文件（.o 文件）
4.链接，生成可执行文件
3 3.3  初识  Makefile
3.3.1  什么是 Makefile
在 3.2 章节我们了解了在 Ubuntu 系统下通过 gcc 编译器来编译 C 程序，在我们演示的历程中只有一个
C 文件，我们直接在终端输入 gcc 的编译命令，就完成了 C 程序的编译。我们在实际开发过程中，如果我们
的工程有几十个，或者几百几千个 C 文件，我们通过在终端输入 gcc 命令来编译，这显然是不现实的。为
了解决这个问题我们可以使用“make”命令，它会解析 Makefile 文件中的指令（应该说是规则）来编译整
个工程。在 Makefile 文件中描述了整个工程的所有文件的编译顺序，编译规则。
作为一个专业的程序员，一定要掌握 Makefile 的，我们可以通过 Makefile 能了解到整个工程的处理过程
的。
由于Makefile涉及到很多的知识点，以至于可以单独写本书来讲述，所以本章我们只是讲解下Makefile
的基础入门，如果详细的研究 Makefile，可以给大家推荐《跟我一起写 Makefile》这个电子文档，该文档
已经放在了：i.MX6UL 终结者光盘资料\09_其它参考资料里面了。
3.3.2  第一个 Makefile
在本节我们建立这样一个工程，计算两个整形数的和，并将结果在终端显示出来。在这个工程中一共有
main.c、calc.c 两个 C 文件和 calc.h 这个头文件。其中 main.c 是主文件，calc.c 负责接收 main.c 传过
来的数据，然后进行相加。main.c 文件的内用如下：
#include
include "calc.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
int a = 3, b = 6, sum;
sum = calc(a, b);
printf("%d + %d = %d\n", a, b, sum);
return 0;
}
calc.c 文件内容如下：
#include
int calc(int a, ing b)
{
return (a+b);
}
文件 calc.h 内容如下：
#ifndef _CALC_H
#define _CALC_H
int calc(int a, int b);
#endif
上面就是我们这个工程的所有源文件，我们在终端使用 gcc 编译这个工程，在终端输入“gcc main.c
calc.c -o main”，该命令的意思是用 gcc 对 main.c、calc.c 进行编译，然后输出可执行文件 main，运行
结果如下图所示：

通过上图可以看到生成了可执行文件 main，我们在终端运行 main 执行文件，运行结果如下图所示：

我们可以看到上图的运行结果和我们设计的结果是一致的。由于我们的这个工程是有三个文件，如果
工程有几百个，几千个的文件，或者如果有一个文件被修改，使用上面的命令将会编译所有的文件，如果
我们的工程有上万个文件，编译完一次工程所需要的时间就很可怕。最优的方法就是编译过一次以后，如
果后面在编译，只编译修改的文件，这样就会节约很多时间，因此我们修改下编译方法，命令如下：
gcc -c main.c
gcc -c calc.c
gcc main.o calc.o -o main
我们在终端输入上面的命令，结果如下图所示：

上图的第一条和第二条命令里面使用了参数“-c”是把 main.c 和 calc.c 编译成对应的.o 文件，最后
一条命令是把编译生成的.o 文件链接成可执行文件 main。假如我们修改了 main.c 这个文件。只需将 main.c
这个一个文件重新编译下，然后在把所有的.o 文件重新链接成可执行文件，对应的命令如下：
gcc -c main.c
gcc main.o calc.o -o main
可是这样还有一个问题，如果需要修改的文件有很多，这样工作量也会不小，所以我们需要一个工具：
1.如果工程没有编译过，就会把工程中的.c 文件全部编译并连接成可执行文件
2.如果工程中有某些文件修改了，只编译修改的文件并连接成可执行文件
3.如果工程中的头文件修改了，那么就要编译所有引用这个头文件的.c 文件，并且连接成可执
行文件
我们开头说的 Makefile 就是完成这个功能的，下面我们在工程中建立一个 Makefile 文件来实现这样的功
能（注意：文件名字必须为 Makefile，大小写是区分的）。我们使用 vim 创建 Makefile 文件（Makefile
和我们的 main.c、calc.c 在同一级目录下），然后输入下面的脚本：
main：main.o calc.o
gcc -o main main.o calc.o
main.o：main.c
gcc -c main.c
calc.o：calc.c
gcc -c calc.c
clean：
rm -RF *.o
rm -rf main
上面脚本缩进的行需要使用“Tab”键缩进，不要使用空格，这是 Makefile 的语法要求，编写完成的脚本
如下图所示：

编写好 Makefile，保存并退出，然后我们在终端输入“make”命令来编译我们的工程，make 命令会在
当前目录下查找“Makefile”文件，如果存在的话就按照 Makefile 里面的规则进行编译，如下图所示：

通过上图可以看到编译产生了 main.o、calc.o 和 main 执行文件，说明编译成功了。接下来我们修改
下 main.c 这个文件，如下图所示：

然后保存并退出，然后在终端输入“make”再次编译下工程，如下图所示：

通过上图我们可以看到只重新编译了修改的 main.c，并最终重新链接生成可执行文件 main，我们在终
端运行可执行文件 main，如下图所示：

从上图的运行结果可以看到最后的结果等于 10 了，和我们程序的设计结果是一样的。
3.4 e Makefile 语法语法
3.4.1  初识 Makefile
Makefile 文件是由一些列的规则组合而成的，格式如下：
target（目标文件） ...: prerequisites（依赖的文件） ...
command（命令）
...
...
比如 3.3.2 中写的 Makefile 的规则：
main.o：main.c
gcc -c main.c
这条规则的 main.o 是目标文件（将要生成的文件），main.c 是依赖的文件（生成 main.o 需要的文件），
“gcc -c main.c”是生成 main.o 需要运行的命令。e Makefile  中每行的脚本如果有缩进的情况，必须使用
“ Tab ” 键缩进，切记不能使用空格缩进（这是 e Makefile  的语法要求），大家一定要切记！
下面我们来分析一下图 3.3.2 章节中写的 Makefile 文件，脚本如下：
1 1 main：main.o calc.o
2 2 gcc -o main main.o calc.o
3 3 main.o：main.c
4 4 gcc -c main.c
5 5 calc.o：calc.c
6 6 gcc -c calc.c
7 7
8 8 clean：
9 9 rm -rf *.o
10 rm -rf main
该脚本一共有 4 条规则，1、2 行是第一条规则，3、4 行是第二条规则，5、6 是第三条规则 8、9、10
是第四条规则。我们在运行 make 命令的时候，会解析当前目录下的这个 Makefile 文件里面的规则，首先
解析第一条规则，第一条规则中的目标文件是 main，只要完成了该目标文件的更新，整个 Makefile 的功能
就完成了。在第一次编译的时候，由于目标文件 main 不存在，则会解析第一条规则，第一条规则依赖文件
main.o、calc.o，make 命令会检查当前目录下是否有这两个.o 文件，经过检查发现没有，然后 make 会在
Makefile 中查找分别以 main.o、calc.o 为目标的规则（第二条，第三条规则）。执行第二条规则依赖的文
件是 main.c，make 命令检查发现当前目录下有这个文件，然后执行第二条规则的命令“gcc -c main.c”
生成 main.o 文件。然后执行第三条规则，第三条规则的目标文件是 calc.o，依赖的文件是 calc.c，make
命令检查发现当前目录下存在该文件，然后执行第三条规则的命令“gcc -c calc.c”生成 calc.o 文件，
至此第一条规则依赖的 main.o、calc.o；两个文件已经生成了，然后运行第一条规则的命令“gcc -o main
main.o calc.o”生成 main 文件。因为 make 命令运行的时候会从 Makefile 的第一条规则开始解析，然后
根据第一条规则的依赖文件去遍历文件中的“对应规则”，然后在根据“对应规则”的依赖文件去遍历“对
应的规则”，采用这样递归的方式会遍历出完成第一条规则所需要的所有规则。下面我们来看看第四条规
则的目标文件是 clean，我们通过查看发现该规则与第一条规则没有关联，所以我们在运行 make 命令的时
候，不会遍历到该规则。我们可以在终端输入“make clean”命令来运行第四条规则，第四条规则没有依
赖的文件，所以执行运行命令“rm -rf *.o”和“rm -rf main”，这两条命令的功能是删除以.o 问结尾的
所有文件，删除文件 main，运行如下图所示：

通过上图可以看到 main.o、mcalc.o 和 main 三个文件已经删除了。通过该规则我们可以清除编译产生
的文件，实现工程的清理。
我们再来总结一下 make 命令的执行过程：
1.make 命令会在当前目录下查找以 Makefile 命名的文件
2.找到 Makefile 文件，就会按照 Makefile 里面的规则去编译，并生成最终文件
3.当发现目标文件不存在或者所依赖的文件比目标文件新（修改时间），就会执行规则对应的命令来更新。
我们可以看到 make 是一个工具，他会通过 Makefile 文件里面的内容来执行具体的编译过程。
3.4.2 Makefile 的变量
在 3.3.2 章节中的 Makefile 第一条规则：
main：main.o calc.o
gcc -o main main.o calc.o
在该规则中 main.o、calc.o 这两个文件我们输入了两次，由于我们的额 Makefile 文件内容比较少，
如果 Makefile 复杂的情况下，这种重复的输入就会非常占用时间，而且修改起来也会很麻烦，为了解决这
个问题，Makefile 可以使用变量。Makefile 的变量是一个字符串。比如上面的规则我们声明一个变量，叫
objects，objs 或者是 OBJ，反正不管是什么，只要能够表示 main.o、calc.o 就行了，我们修改上面的规
则
1 1 objects = main.o calc.o
2 2 main

( objects)
3 3 gcc -o main $( objects)
我们来分析下修改后的规则，首先第一行是我们定义了一个变量 objects，并给赋值“main.o calc.o”，
第二行、第三行用到了变量 objects。Makefile 中的变量引用方式是“$(变量名)”，变量 objects 的赋值
使用“=”，Makefile 中变量的赋值还可以使用“:=”、“?=”、“+=”，这四种赋值的区别如下：
1. “= = ” 赋值符
我们先在用户根目录的 work 目录下创建一个 Makefile 脚本，输入下面的内容：
1 ceshi1 = test
2 ceshi2 = $(ceshi1)
3 ceshi1 = temp
4
5 out:
6 @Echo ceshi2

(ceshi2)
第一行我们定义了变量并赋值“test”，第二行定义了变量 ceshi2 并赋值变量 ceshi1，第三行修改变量
ceshi1 的值为“temp”，第五行、第六行是输出变量 ceshi2 的值。我们在终端输入“make out”命令，如
下图所示：

在上图可以看到变量 ceshi2 的值是 temp，也就是变量 ceshi1 最后一次的赋值。
2. “ := ” 赋值符
我们修改“=”赋值符中的代码，第二行的“=”改成“:=”,代码如下：
1 ceshi1 = test
2 ceshi2 := $(ceshi1)
3 ceshi1 = temp
4
5 out:
6 @echo ceshi2

(ceshi2)
我们在终端输入“make out”命令，如下图所示：

我们可以看到上图的运行结果输出变量 ceshi2 的值是 test，虽然在第三行我们修改了变量 ceshi1 的
值，通过本实验我们可以看到“:=”赋值符的功能了。
3. “ ?= ” 赋值符
ceshi ?= test
“?=”赋值符的作用是如果前面没有给变量 ceshi 赋值，那么变量就赋值“test”，如果前面已经赋值了，
就使用前面的赋值。
4. “ += ” 赋值符
objs = main.o
objs += calc.o
上面的脚本最后变量 objs 的值是“main.o calc.o”，“+=”赋值符的功能是实现变量的追加。
3.4.3  条件判断
使用条件判断，可以让 make 根据运行时的不同情况选择不同的执行分支。条件表达式可以是比较变量
的值，或是比较变量和常量的值。其语法有下面两种：
1.
<条件比较>
[条件为真时执行的脚本]
endif
2.
<条件比较>
[条件为真时执行的脚本]
else
[条件为假时执行的脚本]
endif
条件比较用到的比较关键字有：ifeq、ifneq、ifdef、ifndef。
ifeq 表示如果比较相等，语法如下：
ifeq(<参数 1>, <参数 2>)
ifneq 表示如果不相等，语法如下：
ifneq(<参数 1>, <参数 2>)
ifdef 表示如果定义了变量，语法如下：
ifdef <变量名>
ifndef 表示如果没有定义变量，语法如下：
ifndef <变量名>
3.4.4  使用函数
在 Makefile 中可以使用函数来处理变量，从而让我们的命令或是规则更为的灵活和具有智能。make 所
支持的函数也不算很多，不过已经足够我们的操作了。函数调用后，函数的返回值可以当做变量来使用。
函数的调用很像变量的使用，也是以“$”来标识的，语法如下：
$(<函数名> <参数集合>)
或者：
${<函数名> <参数集合>}
函数名和参数集合之间以空格分隔，参数集合的参数通过逗号分隔。函数调用以“$”开头，以圆括号或花
括号把函数名和参数括起。感觉很像一个变量。函数中的参数可以使用变量。为了风格的统一，函数和变
量的括号最好一样，如使用“$(subst a,b,$(x))”这样的形式，而不是“$(subst a,b,${x})”的形式。
因为统一会更清楚，也会减少一些不必要的麻烦。
接下来我们介绍几个常用的函数，其它的函数可以参考文档《跟我一起写 Makefile》。
t 1.subst  函数
$(subst ,,)
此函数的功能是把字串中的字符串替换成，函数返回被替换过后的字符串。如下示例：
$(subst ee,EE,feet on the street)
以上脚本实现把字符串“feet on the street”中的“ee”字符串替换成“EE”字符串，替换后的字符串
为“feet on the strEEt”。
. 2. t patsubst  函数
$(patsubst ,,)
此函数的功能是查找中的单词（单词以“空格”、“Tab”或“回车”“换行”分隔）是否符合模式
，如果匹配的话，则以替换。这里可以包括通配符“%”，表示任意长
度的字串。如果中也包含“%”，那么中的这个“%”将是中的那个
“%”所代表的字串。（可以用“\”来转义，以“\%” 来表示真实含义的“%”字符）。函数返回被替换
过后的字符串。如下示例：
$(patsubst %.c,%.o,x.c bar.c)
以上脚本实现把字串“x.c bar.c”符合模式[%.c]的单词替换成[%.o]，返回结果是“x.o bar.o”
p 3.strip  函数
$(strip )
此函数的功能是去掉字串中开头和结尾的空字符，函数返回被去掉空格的字符串值。如下示例：
$(strip a b c )
以上脚本实现把字串“a b c ”去掉开头和结尾的空格，结果是“a b c”。
. 4. g findstring  函数
$(findstring ,)
此函数的功能是在字串中查找字串，如果找到，那么返回，否则返回空字符串，如下示
例：
$(findstring a,a b c)
$(findstring a,b c)
以上脚本，第一个返回“a”字符串，第二个返回空字符串。
r 5.dir  函数
$(dir )
此函数的功能是从文件名序列中取出目录部分。目录部分是指最后一个反斜杠（“/”）之前的部
分。如果没有反斜杠，那么返回“./”。返回文件名序列的目录部分，如下示例：
$(dir src/foo.c hacks)
以上脚本运行结果返回“src/”。
. 6. r notdir  函数
$(notdir )
此函数的功能是从文件名序列中取出非目录部分。非目录部分是指最后一个反斜杠（“/”）之后
的部分，返回文件名序列的非目录部分，如下示例：
$(notdir src/foo.c)
以上脚本返回字符串“foo.c”
. 7. h foreach  函数
$(foreach ,,)
此函数的功能是把参数中的单词逐一取出放到参数所指定的变量中，然后再执行所包含
的表达式。每一次会返回一个字符串，循环过程中，的所返回的每个字符串会以空格分隔，
最后当整个循环结束时，所返回的每个字符串所组成的整个字符串（以空格分隔）将会是 foreach 函
数的返回值。所以，最好是一个变量名，可以是一个表达式，而中一般会使用这
个参数来依次枚举中的单词。如下示例：
names := a b c d
files := $(foreach n,$(names),$(n).o)
以上脚本实现$(name)中的单词会被挨个取出，并存到变量“n”中，“$(n).o”每次根据“$(n)”计算出
一个值，这些值以空格分隔，最后作为 foreach 函数的返回，所以$(files)的值是“a.o b.o c.o d.o”。
（注意，foreach 中的参数是一个临时的局部变量，foreach 函数执行完后，参数的变量将不
在作用，其作用域只在 foreach 函数当中）。
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shapeofyou888 · 发表于 2020-5-11 16:16

学习了

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