10.3.1. Необходимые сведения о программировании на языке Си

10.3.1. Необходимые сведения о программировании на языке Си

Начать стоит с того, что операционная система UNIX родилась на свет одновременно с языком программирования C (Си). Более того, язык C был создан специально для разработки этой ОС, значительная часть UNIX была написана на языке С. ОС Linux тоже написана на Си. Поэтому, а также в соответствии с принципом свободного распространения исходных кодов, многие приложения для Linux распространяются в виде текстов на С (а в последнее время - и на С++). Естественно, что для установки и запуска такого приложения на исполнение, его необходимо предварительно скомпилировать. Для выполнения процедур компиляции обычно используется программа gcc (хотя существуют и некоторые альтернативные разработки).

Примечание

Изначально аббревиатура GCC имела смысл GNU C Compiler, но в апреле 1999 года сообщество GNU решило взять на себя более сложную миссию и начать создание компиляторов для новых языков с новыми методами оптимизации, поддержкой новых платформ, улучшенных runtime-библиотек и других изменений (http://gcc.gnu.org/gccmission.html). Поэтому сегодня GCC расшифровывается как GNU Compiler Collection (коллекция компиляторов GNU) и содержит в себе компиляторы для языков C, C++, Objective C, Chill, Fortran, Ada и Java, а также библиотеки для этих языков (libstdc++, libgcj, …).

GNU-компилятор с языка С gcc, содержит в себе 4 основных компонента, соответствующие четырем этапам преобразования исходного кода в исполняемую программу.

Первый компонент - это препроцессор, который модифицирует исходный код программы перед компиляцией в соответствии с командами препроцессора, содержащимися в С-программе. В соответствии с этими командами выполняются простые подстановки текста. Второй - собственно компилятор, который обрабатывает исходный код и преобразует его в код на языке ассемблера. Третий компонент - ассемблер, который генерирует объектный код. И, наконец, четвертый компонент - компоновщик, который собирает исполняемый файл из файлов объектного кода. Дело в том, что большие программы обычно пишутся по частям, в виде множества отдельных файлов, содержащих исходный код соответствующей части. Компилятор обрабатывает каждый такой файл отдельно и создает отдельные объектные модули (файлы таких модулей обычно имеют расширение o). Создание единой исполняемой программы из таких модулей и является задачей компоновщика. При таком подходе, если в какой-то модуль программист вносит исправление, нет необходимости заново компилировать всю программу: достаточно откомпилировать исправленный модуль и заново запустить компоновщик.

Для выполнения стандартных операций программист может использовать функции из стандартных библиотек. Самый характерный пример - это библиотека libc, которая содержит функции, выполняющие такие задачи, как управление памятью и операции ввода-вывода. Программисты могут создать свои собственные библиотеки и использовать их при написании новых программ.

Библиотеки бывают статическими, разделяемыми и динамическими. Статическая библиотека - это библиотека, код которой встраивается в программу при компиляции. Код разделяемой библиотеки не встраивается в программу, а загружается в память одновременно с программой и программа получает доступ к функциям этой библиотеки. Динамические библиотеки - разновидность разделяемых, но библиотечные функции загружаются в память только тогда, когда из программы поступит вызов соответствующей функции. В процессе выполнения программы они могут выгружаться и заменяться другими функциями из той же или другой библиотеки. Имена статических библиотек обычно имеют суффикс.a, а имена разделяемых библиотек - суффикс.so, за которым следует старший и младший номера версии. Имя может быть любой строкой, которая однозначно характеризует библиотеку. Обычно имена библиотек начинаются с lib. Примеры: libm.so.5 - общая математическая библиотека, libX11.so.6 - библиотека для работы с системой X Window. Библиотека libc.so.5 компонуется автоматически, в то время как большинство других библиотек необходимо явно указывать в командной строке при вызове программы gcc. Это делается через опцию -l, за которой следует уникальная часть имени библиотеки, например, для вызова математической библиотеки достаточно указать -lm.

Многие системные библиотеки располагаются в системных каталогах, например, в /usr/lib и /lib, но некоторые могут располагаться и в других местах. Список этих каталогов помещается в файл /etc/ld.so.conf. Каждый раз, когда разделяемая библиотека изменяется или инсталлируется вновь, нужно выполнять команду ldconfig, чтобы обновить файл /etc/ld.so.conf, а также ссылки на него. Если библиотека инсталлируется из RPM-пакета, это обычно делается автоматически, хотя и не всегда.

При компиляции больших программ, использующих фрагменты исходного кода, расположенные в разных файлах, бывает очень трудно отследить, какие файлы нужно перекомпилировать, а какие только компоновать. В таких случаях очень помогает утилита make, которая автоматически определяет, следует ли компилировать файл исходного кода, по дате его последней модификации. Утилита make оперирует файлами, исходя из их зависимости друг от друга. Эти зависимости определяются файлом с именем makefile. Строка файла makefile состоит из трех частей: имени целевого файла, списка файлов, от которых он зависит, и команды. Если какой-либо файл из списка изменился после целевого файла, то выполняется указанная в строке команда. В строке может быть указано несколько команд. Обычно команда - это вызов компилятора для компиляции файла исходного кода или компоновки файлов объектного кода. Строки, определяющие зависимости, отделяются друг от друга пустой строкой.