实验二 Linux 编程基础 题目整理#

本文件根据原始实验题目材料整理，已统一为适合 GitHub 提交的 Markdown 版本。

---

题目材料 1：实验二 Linux 编程基础#

一、实验目的#

1. 学习使用 vi 编辑器建立、编辑、显示以及加工处理文本文件。
2. 熟悉 Linux 下使用 C 语言编程的方法。

二、实验题目#

1. 使用 vi 编辑 C 语言源程序
2. 使用 gcc、make 等工具进行编译；执行编译生成的执行文件并分析结果

三、背景材料#

因实验用的 Linux 环境以字符界面为主，而 Linux 的字符界面并没有广泛使用的集成开发环境，经典的 C 语言开发模式还是使用文本编辑软件编写源程序，然后使用 gcc 和 make 工具进行编译链接，生成可执行文件。在编辑源程序环节，可以使用不同的文本编辑工具，例如在图形用户界面下可以使用 gedit 或者 kedit；字符界面下可以使用 vi、emacs、nano 等编辑器；甚至可以在其它环境下编辑。

---

（一）编辑器 vi 的使用#

vi 或 vim 是 Linux 系统上经典的文本编辑工具，在字符界面下，广泛用于系统管理、程序开发。本实验要求熟悉 vi 基本操作，可以使用 vi 进行文本编辑。

1、调用 vi#

最常用的命令模式是：vi filename

2、vi 的三种模式#

• Command（命令）模式：用于输入命令
• Insert（插入）模式：用于插入文本
• Visual（可视）模式：用于可视化的高亮并选定正文

3、文件的保存和退出#

Command 模式是 vi 的默认模式，如果处于其它模式时，要通过 ESC 键切换过来，接着再输入 : 号时，vi 会在屏幕的最下方等待输入命令：

• :w 保存
• :w filename 另存为 filename
• :wq! 保存退出
• :wq! filename 以 filename 为文件名保存后退出
• :q! 不保存退出
• :x 保存并退出，功能和 :wq! 相同

4、光标移动#

按 ESC 进入 Command 模式后，可以用下面的一些键位来移动光标：

• j 向下移动一行
• k 向上移动一行
• h 向左移动一个字符
• l 向右移动一个字符
• Ctrl+B 向上移动一屏
• Ctrl+F 向下移动一屏
• 向上箭头 向上移动
• 向下箭头 向下移动
• 向左箭头 向左移动
• 向右箭头 向右移动

对于 j、k、l 和 h 键，还能在这些命令的前面加上数字，比如 3j，表示向下移动 3 行。

5、进入插入模式#

• i 在光标之前插入
• a 在光标之后插入
• I 在光标所在行的行首插入
• A 在光标所在行的行末插入
• o 在光标所在的行的上面插入一行
• O 在光标所在的行的下面插入一行
• s 删除光标后的一个字符，然后进入插入模式
• S 删除光标所在的行，然后进入插入模式

6、文本内容的删除#

• x 删除一个字符
• #x 删除几个字符，# 表示数字，比如 3x
• dw 删除一个单词
• #dw 删除几个单词，# 用数字表示，比如 3dw 表示删除三个单词
• dd 删除一行
• #dd 删除多个行，# 代表数字，比如 3dd 表示删除光标行及光标的下两行
• d$ 删除光标到行尾的内容
• J 清除光标所处的行与上一行之间的空格，把光标行和上一行接在一起

7、可视模式#

在最新的 Linux 发行版本中，vi 提供了可视模式。按 ESC 键，然后按 v 就进入可视模式；退出可视模式，还是用 ESC 键。可视模式提供了友好的选取文本范围，以高亮显示。

8、复制和粘贴的操作#

• 复制：对于可视模式下选中的文本，可以按 y 进行复制；按 yy 可以复制当前光标所在行。此外，删除也带有剪切的意思，当我们删除文字时，相应内容会自动复制。
• 粘贴：可以把光标移动到某处，然后按 p 或 Shift+P 键进行粘贴，其中 p 在光标之后粘帖，Shift+P 在光标之前粘帖。

9、行号#

可以在命令模式输入 :set number 来打开行号显示，输入 :set nonumber 来关闭行号显示。

10、查找功能#

在命令模式下，输入 / 或 ? 就可以进行查找：

• /SEARCH 正向查找，按 n 键把光标移动到下一个符合条件的地方
• ?SEARCH 反向查找，按 Shift+N 键，把光标移动到下一个符合条件的地方

11、替换功能#

按 ESC 键进入命令模式：

• :s /SEARCH/REPLACE/g 把当前光标所处的行中的 SEARCH 单词替换成 REPLACE，并把所有 SEARCH 高亮显示
• :%s /SEARCH/REPLACE 把文档中所有 SEARCH 替换成 REPLACE
• :#,# s /SEARCH/REPLACE/g # 号表示数字，表示从多少行到多少行，把 SEARCH 替换成 REPLACE

注：命令中 g 表示全局查找，在指定的替换范围之外，也会把 SEARCH 高亮显示。

---

（二）gcc 和 make 的使用#

Linux 下编辑好的 C 语言程序，需要使用 gcc 编译工具（Linux 系统上一般也可以通过 cc 别名调用）进行编译连接，生成可执行文件。对于复杂的应用，可能把多个源程序分别编译，最后连接形成执行文件；为了有效管理这类项目，make 代码维护工具可以用来定义一系列规则来管理编译连接过程。

【注】Linux 下的可执行文件没有特别的后缀名约定，而是通过设置”可执行”属性来区分；另外，Linux 默认的执行文件搜索路径也不包括当前目录，所以编译生成的执行文件需要显示指明文件路径来执行。

1、gcc 的使用#

(1) 简单使用方法#

假设一个 C 语言源程序名为 hello.c，根据该文件生成执行文件的最简单命令为：

$ gcc hello.c

该命令将生成默认名字为 a.out 的执行文件；如果希望生成执行文件的名字不同，可以在命令中通过参数指定：

$ gcc -o hello hello.c

该命令将生成名字为 hello 的执行文件。

(2) 分解使用#

实际上，gcc 所做的工作包括预编译、编译、连接等多个环节，上述简单用法隐含了对这几个环节的调用，如果需要分开调用，可以通过不同的命令行参数指定：

$ gcc -E hello.c -o hello.i    # -E 参数指定进行预编译，预处理的宏定义插入到 hello.i 中
$ gcc -c hello.i -o hello.o    # -c 参数指定编译为目标代码 hello.o，也可以通过源文件直接生成 (gcc -c hello.c)
$ gcc hello.o -o hello         # 将生成可执行文件，如果由多个源程序文件生成，一般需要在生成时指定多个目标代码模块

(3) 常用参数#

gcc 命令行的常用参数如下：

参数	含义
-c	通知 GCC 取消链接步骤，即编译源码并在最后生成目标文件
-Dmacro	定义指定的宏，使它能够通过源码中的 #ifdef 进行检验
-E	不经过编译预处理程序的输出而输送至标准输出
-g3	获得有关调试程序的详细信息，它不能与 -o 选项联合使用
-Idirectory	在包含文件搜索路径的起点处添加指定目录
-llibrary	提示链接程序在创建最终可执行文件时包含指定的库
-O、-O2、-O3	将优化状态打开，该选项不能与 -g 选项联合使用
-S	要求编译程序生成来自源代码的汇编程序输出
-v	启动所有警报
-Wall	在发生警报时取消编译操作，即将警报看作是错误
-Werror	在发生警报时取消编译操作，即把报警当作是错误
-w	禁止所有的报警

2、make 的使用#

(1) make 工具简介#

make 是一种代码维护工具，在大中型项目中，根据程序各个模块的更新情况，自动的维护和生成目标。能很好的做到”不多、不重、不漏”：

• 不多：只更新那些需要更新的文件，而不动那些并不过时的东西
• 不重：是指当 make 对某个文件进行更新时，即使有很多文件过时，也将只更新一次
• 不漏：是指他不会漏下任何应该更新的文件

make 在使用时有一系列的规则，将根据这些规则来解释其配置脚本，以达到设计目的。配置脚本的缺省名是 makefile 或 Makefile，也可在命令行指定其它文件名。使用形式为：

$ make [option] [macrodef] [target]

option 指出 make 的工作行为，具体参数可参考 man 手册页。

(2) makefile 文件编写#

make 工具使用的关键是编写高效、简洁、正确的 makefile，这需要学习和实践。虽然 make 工具的使用有较高的门槛，但是一旦掌握，其带来的灵活和便捷远远超过一般 IDE 所能提供的管理功能。

实际 makefile 文件编写涉及的知识很多，有专著专门进行讲解。此处只是介绍概貌，借助一个简单的例子来说明：假设一个项目 hello，依赖于 hello.o、e1.o、e2.o，而 hello.o 依赖于 hello.c、hello.h，e1.o 依赖于 e1.c、hello.h，e2.o 依赖于 e2.c；这样形成一棵依赖关系树，父节点依赖于子节点。使用 make 进行维护时，会对这棵树进行一次遍历，如果发现子节点形成的时间晚于父节点形成的时间便开始调用 makefile 中指定的命令进行维护。针对此例子的 makefile 示例如下：

hello: hello.o e1.o e2.o
	gcc -o hello hello.o e1.o e2.o
main.o: hello.c hello.h
	gcc -c hello.c
e1.o: e1.c hello.h
	gcc -c e1.c hello.h
e2.o: e2.c
	gcc -c e2.c

makefile 放置在与项目源程序文件相同目录中，在该目录中执行 make hello 或者 make 命令（命令行未 target 时会默认使用 makefile 的第一个 target），将会根据 makefile 中定义的依赖关系依次执行编译、连接各个命令，生成 hello 执行文件。

实际项目的 makefile 因为会使用大量的宏、条件变量以及缺省规则，对初学者而言较难理解。对于一般的开源项目，在编写 makefile 时，target 的命名都会遵循一些约定俗成的规则，常见的用法包括：

• make all 编译项目中所有实际目标
• make install 进行安装
• make clean 清除所有中间文件

(3) 缺省规则和简单用法#

make 的缺省规则是系统或者自定义的一些规则，在定义时不指出全名，而是根据文件扩展名定义一类依赖关系和相关命令。例如，与 C 语言相关的缺省规则包括：

.c:
	$(CC) $(FLAGS) -o $@ $<
.c.o:
	$(CC) $(FLAGS) -c $@ $<

两条规则的含义为：对于 .c 扩展名的文件，调用编译器（通过环境变量 CC 定义，默认为 gcc）生成与 .c 文件对应名字的执行文件；对于 .o、.c 扩展名配对的情况，调用编译器进行编译，生成与 .c 文件对应名字的 .o 目标文件。

根据这些缺省规则，可以在简单情况下不编写 makefile 使用 make 工具。例如，对于根据 hello.c 生成 hello 执行文件的情况，可以直接使用命令：

$ make hello

效果等同于：gcc -o hello hello.c