Все действия в операционной системе выполняются с помощью программ, поэтому многим новичкам интересно не только использовать чужие программы, а писать свои. Многие хотят внести свой вклад в кодовую базу OpenSource.
Это обзорная статья про программирование под Linux. Мы рассмотрим какие языки используются чаще всего, рассмотрим основные понятия, а также возможности, разберем как написать простейшую программу на одном из самых популярных языков программирования, как ее вручную собрать и запустить.
Исторически сложилось так, что ядро Unix было написано на языке Си. Даже более того, этот язык был создан для написания ядра Unix. Поскольку ядро Linux было основано на ядре Minix (версии Unix), то оно тоже было написано на Си. Поэтому можно сказать, что основной язык программирования для Linux это Си и С++. Такая тенденция сохранялась на протяжении долгого времени.
А вообще, писать программы для Linux можно почти на любом языке начиная от Java и Python и заканчивая С# и даже Pascal. Для всех языков есть компиляторы и интерпретаторы. Писать программы на С++ сложно, а Си многими уже считается устаревшим, поэтому множество программистов используют другие языки для написания программ. Например, множество системных инструментов написаны на Python или Perl. Большинство программ от команды Linux Mint, установщик Ubuntu и некоторые скрипты apt написаны на Python. Множество скриптов, в том числе простые скрипты оптимизации написаны на Perl. Иногда для скриптов используется Ruby. Это скрипты OpenShift или, например, фреймворк Metasploit. Некоторые разработчики кроссплатформенных программ используют Java. Но основные компоненты системы написаны все же на Си.
Мы не будем рассматривать основы Си в этой статье. Си - сложный язык и вам понадобится прочитать как минимум одну книгу и много практиковаться чтобы его освоить. Мы рассмотрим как писать программы на Си в Linux, как их собирать и запускать.
Зачем учить Си:
2. Библиотеки
Естественно, что если вам необходимо вывести строку или изображение на экран, то вы не будете напрямую обращаться к видеокарте. Вы просто вызовете несколько функций, которые уже реализованы в системе и передадите им данные, которые нужно вывести на экран. Такие функции размещаются в библиотеках. Фактически, библиотеки - это наборы функций, которые используются другими программами. В них находится такой же код, как и в других программах, разница лишь в том, там необязательно присутствие функции инициализации.
Библиотеки делятся на два типа:
- Статические - они связываются с программой на этапе компиляции, они связываются и после этого все функции библиотеки доступны в программе как родные. Такие библиотеки имеют расширение.a;
- Динамические - такие библиотеки встречаются намного чаще, они загружены в оперативную память, и связываются с программной динамически. Когда программе нужна какая-либо библиотека, она просто вызывает ее по известному адресу в оперативной памяти. Это позволяет экономить память. Расширение этих библиотек - .so, которое походит от Shared Object.
Таким образом, для любой программы на Си нужно подключать библиотеки, и все программы используют какие-либо библиотеки. Также важно заметить, на каком языке бы вы не надумали писать, в конечном итоге все будет сведено к системным библиотекам Си. Например, вы пишите программу на Python, используете стандартные возможности этого языка, а сам интерпретатор уже является программой на Си/С++, которая использует системные библиотеки для доступа к основным возможностям. Поэтому важно понимать как работают программы на Си. Конечно, есть языки, вроде Go, которые сразу переводятся на ассемблер, но там используются принципы те же, что и здесь. К тому же системное программирование linux, в основном, это Си или С++.
3. Процесс сборки программы
Перед тем как мы перейдем к практике и создадим свою первую программу, нужно разобрать как происходит процесс сборки, из каких этапов он состоит.
Каждая серьезная программа состоит из множества файлов, это файлы исходников с расширением.c и заголовочные файлы с расширением.h. Такие заголовочные файлы содержат функции, которые импортируются в программу из библиотек или других файлов.с. Перед тем. как компилятор сможет собрать программу и подготовить ее к работе, ему нужно проверить действительно ли все функции реализованы, доступны ли все статические библиотеки и собрать ее в один файл. Поэтому, первым делом выполняется препроцессор, который собирает исходный файл, выполняются такие инструкции, как include для включения кода заголовочных файлов.
На следующем этапе к работе приступает компилятор, он выполняет все необходимые действия над кодом, разбирает синтаксические конструкции языка, переменные и преобразовывает все это в промежуточный код, а затем в код машинных команд, который мы можем потом посмотреть на языке ассемблера. Программа на этом этапе называется объектный модуль и она еще не готова к выполнению.
Далее к работе приступает компоновщик. Его задача связать объектный модуль со статическими библиотеками и другими объектными модулями. Для каждого исходного файла создается отдельный объектный модуль. Только теперь программа может быть запущена.
А теперь, давайте рассмотрим весь єтот процесс на практике с использованием компилятора GCC.
4. Как собрать программу
Для сборки программ в Linux используется два типа компиляторов, это . Пока что GCC более распространен, поэтому рассматривать мы будем именно его. Обычно, программа уже установлена в вашей системе, если же нет, вы можете выполнить для установки в Ubuntu:
sudo apt install gcc
Перед тем как мы перейдем к написанию и сборке программы, давайте рассмотрим синтаксис и опции компилятора:
$ gcc опции исходный_файл_1.с -o готовый_файл
С помощью опций мы говорим утилите что нужно сделать, какие библиотеки использовать, затем просто указываем исходные файлы программы. Давайте рассмотрим опции, которые будем сегодня использовать:
- -o - записать результат в файл для вывода;
- -c - создать объектный файл;
- -x - указать тип файла;
- -l - загрузить статическую библиотеку.
Собственно, это все самое основное, что нам понадобится. Теперь создадим нашу первую программу. Она будет выводить строку текста на экран и чтобы было интереснее, считать квадратный корень из числа 9. Вот исходный код:
include
#include
int main(){
printf("сайт\n");
printf("Корень: %f\n", sqrt(9));
return 0;
}
gcc -c program.c -o program.o
Это этап компиляции, если в программе нет ошибок, то он пройдет успешно. Если исходных файлов несколько, то такая команда выполняется для каждого из них. Далее выполняем линковку:
gcc -lm program.o -o program
Обратите внимание на опцию -l, с помощью нее мы указываем какие библиотеки нужно подключить, например, здесь мы подключаем библиотеку математических функций, иначе компоновщик просто не найдет где есть та или иная функция. Только после этого можно запустить программу на выполнение:
Конечно, все эти действия могут быть выполнены и с помощью различных графических сред, но выполняя все вручную, вы можете лучше понять как все работает. С помощью команды ldd вы можете посмотреть какие библиотеки использует наша программа:
Это две библиотеки загрузчика, стандартная libc и libm, которую мы подключили.
5. Автоматизация сборки
Когда мы рассматриваем программирование под Linux невозможно не отметить систему автоматизации сборки программ. Дело в том, что когда исходных файлов программы много, вы не будете вручную вводить команды для их компиляции. Можно записать их один раз, а затем использовать везде. Для этого существует утилита make и файлы Makefile. Этот файл состоит из целей и имеет такой синтаксис:
цель:
зависимости
В качестве зависимости цели может быть файл или другая цель, основная цель - all, а команда выполняет необходимые действия по сборке. Например, для нашей программы Makefile может выглядеть вот так:
program: program.o
gcc -lm program.o -o program
program.o: program.c
gcc -c program.c -o program.o
Затем вам достаточно выполнить команду make для запуска компиляции, только не забудьте удалить предыдущие временные файлы и собранную программу:
Программа снова готова и вы можете ее запустить.
Выводы
Создание программ Linux очень интересно и увлекательно. Вы сами убедитесь в этом, когда немного освоитесь в этом деле. Сложно охватить все в такой небольшой статье, но мы рассмотрели самые основы и они должны дать вам базу. В этой статье мы рассмотрели основы программирования в linux, если у вас остались вопросы, спрашивайте в комментариях!
Курс программирования на Си под Linux:
Linux быстро развивается и становиться все популярнее, особенно в связи с тем, что сокращается использование Windows, а также множество программистов работают над продвижением Linux, создавая новые программы для настольных компьютеров, которые будут эквивалентны или даже лучше приложений в Windows и Mac OS X.
Большое количество дистрибутивов пытаются сделать Linux более легким для новых пользователей, которые раньше использовали Linux или Mac OS X. Это еще лучше способствует продвижению Linux в массы.
Для Linux есть множество языков программирования, и более того, каждый год появляются новые. Но не все их используют программисты, ведь для того, чтобы создать надежное, гибкое, эффективное и расширяемое, а главное, безопасное приложение, нужно подобрать правильный язык.
В этой статье мы рассмотрим самые популярные языки программирования для Linux. Рассмотрим те, на которых разработана эта операционная система и те, которые используются для создания приложений. На самом деле список не отсортирован по степени важности, все используемые здесь языки хороши. Все они кроссплатформенные, и вы можете написать на них программу для любой из доступных операционных систем.
Я не преувеличу, если скажу, что этот язык был создан для этой операционной системы. Это уже старый язык. Он создавался в семидесятых годах инженером из Bell Labs специально для написания ядра Unix. Дело в том, что в те времена программы и операционные системы писались на ассемблере и нужно было для каждой архитектуры писать программу отдельно, потому что наборы инструкций отличались. Разработчикам Unix нужен был высокоуровневый язык программирования, на котором они смогли бы написать Unix один раз и собирать его для всех платформ. Таким языком стал Си.
Ядро Linux, основано на Unix, а поэтому тоже написано на Си, также на Си реализованы все модули ядра, драйверы, а также огромное количество системного программного обеспечения. Если вы задавались вопросом, на чем написан Linux то теперь знаете ответ. На Си разработаны множество утилит из набора GNU, X сервер, набор библиотек для работы с графикой GTK и многое другое, некоторые оконные менеджеры. Но для написания новых программ Си используется все реже, ему на замену пришла его объективно ориентированная модификация С++.
2. С++
Это усовершенствованная версия Cи, появился он ненамного позже си. В 1980 году Бьёрн Страуструп работал над своим исследованием и ему не хватало стандартных возможностей Си, поэтому он придумал к нему пару улучшений. Неожиданно этот язык стал популярен среди его коллег и он уже не мог сам следить за его развитием.
Теперь это один из самых популярных языков программирования. Здесь доступно как объективно ориентированное, так и процедурные стили программирования. Правда, он все же очень сложен для новичков, как и Си. Здесь нужна очень высокая точность при управлении памятью.
На C++ написано много программного обеспечения в Linux, это те же самые утилиты GNU, много пользовательских программ, графические окружения, браузеры. На C++ написан графический фреймворк Qt, который сейчас используется для окружения рабочего стола KDE и большого количества кроссплатформенных программ. Qt - одновременно коммерческий и некоммерческий проект. Если вы разрабатываете свободное ПО, то можете использовать Qt бесплатно, нет - нужно платить за лицензию. Qt намного проще для начинающих чем чистый Си или С++.
Си и С++ наиболее популярные языки программирования для linux
3. Java
Это мощный и полностью объективно-ориентированный, кроссплатформенный язык программирования в котором есть широкие возможности для создания как приложений для рабочего стола, так и сетевых и веб-приложений.
Изначально Java был разработан в девяностых годах компанией Sun Microsystems для встраиваемых устройств с низкой вычислительной мощностью. Для мобильных телефонов, микроконтроллеров и другого оборудования. Его цель была поднять кроссплатформенность на новый уровень. Программа пишется на java, преобразуется в байт код, которой Java машина может выполнять вообще на любом оборудовании независимо от архитектуры и возможностей. Затем Java начал использоваться для создания веб-апплетов в браузерах, а потому же начали создаваться настольные приложения.
Java - один из лучших языков программирования, особенно если вы собираетесь разрабатывать приложения, которые будут работать везде. Java очень выгодна в плане переносимости, вы можете без изменений выполнять программу в Windows или Linux также она более безопасна, ведь программа выполняется в виртуальной машине и мы можем контролировать все ее действия. Но недостатком есть большое потребление памяти и низкая производительность по сравнению с Си.
На Java пишется не так много программ, но среди них есть и известные, это такие среды разработки, как Netbeans, Eclipse, InteljIDE. Некоторые производители оборудования выпускают утилиты для управления своим оборудованием на Java, чтобы они могли одинаково хорошо работать в Linux. На Java написано много простых игр, а также она вовсю используется в операционной системе Android.
3. Python
Python - это интерпретируемый язык высокого уровня общего назначения. Он разработан человеком по имени Гвидо Ван Россум в начале восьмидесятых годов, он работал над языком в свободное время, и ставил цель создать язык для обучения программированию.
Основная идея Python - простота, максимальная скорость разработки, минимум ошибок, минимум неопределенности. Сам синтаксис языка способствует тому чтобы вы писали правильно и не допускали ошибок. Это мгновенно сделало Python одним из самых популярных языков. Было разработано множество библиотек для работы с системными компонентами, реализаций алгоритмов и наборов API для работы с сетевыми сервисами. Сейчас на Python можно написать как веб-сайт, так и полноценное Qt приложение, доказательство первому - множество сайтов, в том числе Яндекс, а второму популярный видеоредактор OpenShot.
К тому же на Python написано бесчисленное количество системных скриптов и утилит для управления Linux. Это утилита apt для установки программного обеспечения в Ubuntu, пакетный менеджер Emerge в Gentoo и еще огромное количество небольших скриптов. Причина тому простота языка. Программист тратит на программу несколько часов, а она отлично работает несколько лет.
4. JavaScript / GitHub Electron
JavaScript - это в первую очередь язык программирования для создания динамических веб-страниц, разработанный специально для этой цели в середине девяностых Бренданом Эйхом в компании Netscape. До недавнего времени JavaScript так и использовался для генерации динамических веб-страниц на стороне клиента и в веб-приложениях. Но затем появился проект Node.js, позволяющий разрабатывать серверные программы на JavaScript. Совсем недавно компания GitHub создала фреймворк Electron, на базе Node.js, с помощью которого теперь JavaScript может использоваться для создания десктопных приложений.
Electron позволяет использовать технологии HTML, CSS, JavaScript для создания прекрасных программ для рабочего стола. Эта платформа активно поддерживается командой GitHub и сообществом.
Хотя платформа вышла совсем недавно, на ней уже написано до сотни приложений, среди самых известных можно отметить редакторы сходного кода Atom и LightTable, а также приложение для управления сайтом WordPress, и новое приложение для чата RocketCaht. Кроме того, JavaScript используется для разработки программ рабочего стола на платформе Chromium, таких программ намного больше, тот же редактор Brackets, такие полезные утилиты, как Google Keep, Pocket, Wunderlist и другие программы из магазина Chrome.
5. Shell
Команды терминала Linux позволяют не только выполнять повседневные операции в интерактивном режиме, но это также полноценный язык программирования с поддержкой самых простых управляющих конструкций. Наиболее распространенная оболочка Bash (Bourne Again Shell) Больше всего скриптов написаны именно на ее синтаксисе, но есть и другие, например, тот же fish, sh, zsh, dash и т д.
Синтаксис управляющих конструкций Bash немного сложный для понимания, но на нем написано много системных скриптов, это в первую очередь все скрипты инициализации демонов в SysVinit, скрипты для обслуживания серверов, резервного копирования, запуска программ и т д. У каждого администратора есть несколько скриптов, написанных на Bash.
Выводы
Это далеко не все языки программирования linux, которые используются для создания программ в Linux, очень часто для создания скриптов в последнее время начал использоваться Ruby, уже выходит из моды Perl также применяются такие более специфические языки программирования как Go, R, Vala и другие. Для своих нужд я использую Python и php, а вы пишите программы для Linux? На каких языках программирования? Напишите в комментариях!
В Linux есть превосходная среда разработки прикладных программ .
Немного о среде программирования Gambas. Язык и среда программирования созданы молодым французом Benoit Minisini из предместий Парижа для собственного удовольствия, которое он получает как от создания компиляторов, так и от на флейте, и от обучения актерскому мастерству, и от работы в качестве профессионального программиста.
Как любая программа, предназначенная к работе в составе операционной системы, Gambas поддерживает привычный для пользователя интерфейс - ту графическую пользовательскую среду, а сегодняшние операционные системы не обходятся без нее, которая привычна для пользователя, которая помогает ему быстро найти нужный раздел в меню, быстро начать работу над собственной задачей.
Пункт меню File , который обычно служит для работы с файлами, в данном случае служит для работы с файлами проекта: New project... (создание нового проекта), Open project... (открыть проект), Open recent (открыть недавний проект), Open example (открыть пример), Save project (сохранить проект), Quit (и выйти).
Для работы над проектом, служит раздел Project :
Это, соответственно, компиляция файла, компиляция проекта, создание исполняемого файла, создание архива исходного текста, создание установочного пакета, свойства проекта, очистка и обновление проекта.
Два пункта меню могут быть непривычны для пользователей Windows – создание архива исходных текстов и установочного пакета. Но не следует забывать, что и программы, и сама операционная система Linux всегда существуют в виде открытых исходных кодов. В Linux можно установить программу двумя способами, либо используя исходный код и средства операционной системы для компиляции и установки программы, либо используя готовый установочный пакет, подобный Setup в Windows. Правда, в разных дистрибутивах Linux такой установочный пакет может быть разным, и не всегда его можно установить, дважды щелкнув мышкой по установочному пакету.
Следующий пункт меню относится к отладчику вновь создаваемой программы на Gambas, и имеет более или менее стандартный набор средств отладки, таких как запуск, пауза, остановка работающей программы, шаг программы и передвижение вперед, и очистку всех точек остановки.
Далее следуют разделы вида - View (открывающий и закрывающие все окна диалога рабочей области), инструментов (Tools ) и подсказок (? ). В последнем разделе достаточно подробный Help browser , основанный на Wiki в последней версии программы.
Основная инструментальная панель, как это принято, повторяет наиболее часто используемые разделы основного меню, имеет всплывающие подсказки назначения клавиш.
Графическая работа над формой проекта и кодом программы может вестись быстрым переключением с помощью ярлычков, на рисунке ниже Fmain.form и Fmain.class , щелкая мышкой по которым попадаешь в графический редактор или редактор кода. Каждый из них имеет свое основное инструментальное меню. На рисунке ниже – инструментальное меню графического редактора.
Кроме обычных средств, повторяющих средства основного меню, таких как сохранение и обновление, откат и возврат, удаление и вставки из буфера, панель имеет и некоторые специфические компоненты, такие как вход в редактор меню. Ведь почти все формы, которые при работе программы станут окнами программы, должны иметь основное меню. Именно редактор меню позволяет создавать иерархию основного меню с его разделами и подменю.
По мере создания сложного проекта со множеством форм и собственных классов, можно использовать окно «дерева» проекта.
Запускаем Gambas, который находится в разделе основного меню Приложения :
В разделах, кроме традиционных и необходимых действий, таких как: создать новый проект, открыть существующий, использовать недавно использовавшийся проект, есть раздел примеров (Examples ). Там находится очень много примеров, ими можно пользоваться при работе над собственными проектами.
Чтобы создать новый проект выбираем New project.
Открывается диалог, в котором можно ввести название проекта, его заголовок, указать место, где проект будет располагаться. Gambas хранит все, что относится к проекту, в заданной директории, которая будет носить имя проекта. Для перемещения по диалогу достаточно нажимать клавишу Next , но в самом начале следует выбрать, какого рода проект вы намерены создать. На выбор три варианта – графический проект, терминальный проект, использование копии существующего (вашего или нет) проекта
Выбираем, к примеру, графический проект.
Выбрав графический проект, дав ему имя и место жительства, мы попадаем в среду программирования, которая позволит сделать первый шаг – создать форму. Для этого в правом окне менеджера проекта, где отображается «дерево» проекта, щелкаем правой клавишей мышки по разделу Forms , а в выпадающем меню выбираем раздел New , что приводит к меню выбора, в котором есть пункт Form (создать новую форму). Форма является основным окном программы, которое появится, когда форму заполнить некоторым содержанием, и построить проект. В окне диалога создания формы можно задать имя формы, что важно для средних и больших проектов, содержащих много окон, можно установить ряд опций.
Щелкнув по клавише OK , появляется форма и редактор программы. На форме, видимо, можно будет разместить разные кнопочки, окошки и другие средства программы. А в редакторе поместится все то, что и будет кодом программы.
Форма, как и многие элементы управления, имеет свойство Text , это текст, который появится вместо надписи Form1.Form при выполнении программы. Если щ елкнуть по форме правой клавишей мышки, в выпадающем меню появится пункт Code , который вызывает редактор кода.
Отдельную область занимает инструментарий проекта – Toolbox . Построенный аналогично рабочей области, он тоже имеет различные ярлычки, открывающие страницы, на которых размещаются средства создания проекта.
Окно списка доступных компонентов Gambas
Программа интуитивно понятна и очень удобна, к тому же, благодаря всплавающим подсказкам, сама помогает писать вам программный код.
Оставьте свой комментарий!
Эта статья расчитана на два вида читателей. Во-первых, это люди, имеющие опыт программирования под MS Windows, но не имеющие такого опыта под GNU/Linux. Во-вторых, это люди, не имеющие опыта программирования вовсе. Однако, я предполагаю, что читатель в общем знаком с общепринятой в программировании терминологией, и ему не нужно объяснять, например, что такое «программа», «функция», «компилятор» или «отладка».
Средства разработки
Я буду рассматривать разработку с использованием тех средств, которые являются наиболее «родными» для GNU/Linux. К ним относятся:
Язык программирования C
Командная оболочка bash
Текстовые редакторы Vim и Emacs
Компилятор GCC
Отладчик GDB
Утилита для сборки проекта GNU make
Система управления версиями Git
Оконная система X11
Выбор именно этих средств не является догмой. Каждое из выше перечисленных средств может быть при желании заменено на другое. Однако, обычно под фразами наподобие «среда разработки Linux» понимается именно этот набор инструментов.
Языки программирования
Наиболее «родным» языком программирования для GNU/Linux является C. Это обусловлено следующими факторами:
GNU/Linux заимствует многие идеи (практически, идеологию) операционной системы UNIX;
Операционная система UNIX была написана на языке C (собственно, этот язык создавался именно для написания этой ОС);
Соответственно, ядро Linux и системное окружение GNU написаны тоже на C.
Ниже я буду рассматривать разработку с использованием языка C. Однако, этот выбор не является догмой. Другими популярными при разработке под GNU/Linux языками являются C++, Python, Perl. Конечно, могут использоваться и любые другие языки.
Среда разработки
В течение последних двух десятилетий очень широкое распространение получили т.н. IDE — интегрированные среды разработки. Такая среда включает в себя текстовый редактор, компилятор, отладчик, средства сборки проекта и мн.др. Такие среды есть и под GNU/Linux (наиболее популярны Eclipse, NetBeans, IDEA, KDevelop, Anjuta). Однако, история разработки под UNIX-подобные системы показывает, что IDE не являются не только единственным, но и наиболее эффективным средством разработки. Практически, правильный ответ на вопрос «какая самая лучшая IDE под GNU/Linux» — это «GNU/Linux это и есть IDE».
Часто можно встретить мнение, что большой проект без IDE разрабатывать невозможно. Это мнение легко опровергается. Первые версии UNIX писались даже не в Vim (его тогда ещё не было), а в Ed. Это так называемый «построчный» текстовый редактор, в котором вы можете редактировать за раз только одну строку текста. Весь файл на экране не отображается. В случае с UNIX по-другому и быть не могло — у разработчиков не было никаких экранов, а общение с системой осуществлялось при помощи телетайпов. Современное ядро Linux пишется в основном в редакторах Emacs и Vim.
Многие утилиты UNIX вызывают «текстовый редактор по умолчанию». Команда, запускающая текстовый редактор по умолчанию, берётся из переменной окружения $EDITOR . Некоторые утилиты смотрят сначала в переменную $VISUAL , и, лишь если она не установлена, в переменную $EDITOR . Это исторически сложившееся поведение: к старым компьютерам зачастую не было подключено никакого дисплея, а только телетайп, поэтому запускать экранный (визуальный) редактор смысла не было. В современных дистрибутивах обычно по умолчанию оказывается EDITOR=vi или EDITOR=nano . Указать использование другого редактора для одной команды можно так:
EDITOR=emacs some-command
Чтобы использовать нужный редактор по умолчанию всегда, нужно добавить в файл ~/.profile строчку типа
export EDITOR=emacs
Исторически сложилось так, что «настоящими» текстовыми редакторами для программистов являются только Vim и Emacs (просто из-за того, что у них самая долгая история развития именно в качестве текстовых редакторов для программистов). Остальные редакторы находятся в положении догоняющих.
Командная оболочка
Командная оболочка (или командный интерпретатор) — это программа, принимающая команды от пользователя на некотором достаточно простом языке программирования и выполняющая их. Большинство команд запускают одноимённые программы. Отдельные команды представляют собой конструкции языка программирования оболочки.
Стандарт POSIX включает описание минимального набора возможностей, предоставляемых командной оболочкой. Реально используемые оболочки предоставляют, как правило, больше возможностей.
ОС семейств DOS и Windows заимствовали некоторые функции командной оболочки из UNIX, однако их авторы пошли на существенные упрощения, из-за чего функционал COMMAND.COM и cmd.exe получился сильно урезанным. PowerShell вполне на уровне, но работает существенно по-другому.
В рамках этой статьи я ограничусь использованием командной оболочки bash (как наиболее распространённой и используемой по умолчанию в большинстве дистрибутивов) для запуска компилятора и других средств разработки. Хороший обзор использования командной оболочки можно найти, например, в известной книге .
Документация
Все средства разработки и библиотеки в GNU/Linux обычно довольно хорошо документированы. Традиционно для документации используется специальный формат и утилита для его просмотра — man . Документация в системе делится на несколько разделов:
Команды пользователя (например, ls, gcc или man)
Системные вызовы — API ядра ОС
Библиотечные функции
Драйвера и т.п
Форматы файлов
Игры и т.п
Различные обзоры подсистем
Команды, используемые для системного администрирования
Для вызова раздела документации по имени нужно указать это имя при вызове команды man (например, man ls). Иногда разделы с одинаковым названием есть сразу в нескольких разделах документации документации. Указать конкретный раздел можно при вызове man (например, man 3 printf).
Более подробную информацию о справочной системе man см. в man man .
Утилиты системного окружения GNU часто используют для документации формат info. См., например, info Coreutils .
Компилятор
Сейчас существует много компиляторов языка C, более-менее совместимых с различными стандартами. Тем не менее, пока что в среде GNU/Linux наиболее применимым остаётся компилятор C, входящий в комплект GNU Compilers Collection (GCC). Этот компилятор, кроме стандарта C, поддерживает некоторое количество расширений стандарта. Эти расширения, в частности, широко используются в исходных текстах ядра Linux. В последнее время появляются компиляторы, способные скомпилировать ядро Linux (например, llvm-clang, или EKO).
Компилятор GCC запускается из командной оболочки командой вида
gcc program.c
где program.c — имя входного файла. Кроме того, по стандарту POSIX, компилятор может быть запущен командой cc program.c (cc — от "C compiler").
При обычном запуске компилятор пытается создать исполняемый файл. По умолчанию, выходной файл называется a.out (такое название осталось от древних версий UNIX). Другое название можно задать с помощью опции компилятора -o , например,
gcc -o program program.c
При сборке программы из нескольких модулей компилятору можно подавать на вход несколько исходных файлов или файлов объектного кода, например,
gcc -o program main.c module1.o module2.o …
Чтобы только скомпилировать один исходный файл в объектный код (не пытаясь собрать исполняемый файл), нужно дать команду вида
(имя выходного файла по умолчанию будет module.o).
Для сборки программы часто бывают нужны библиотеки. В Linux используются два типа библиотек: библиотеки для статической и динамической компоновки. При статической компоновке библиотека при сборке программы целиком включается в состав исполняемого файла. При динамической компоновке в исполняемый файл вписывается только название динамической библиотеки, а поиск этого файла и компоновка происходят при запуске программы.
Статическая библиотека в UNIX-подобных системах представляет собой архив (старинного формата ar), включающий набор объектных файлов. Такой архив создаётся командой вида
ar r libsomething.a module1.o module2.o …
Имена файлов библиотек традиционно начинаются с префикса lib .
Динамически загружаемая библиотека представляет собой объектный файл специального формата (расчитанного на динамическую загрузку). Такая библиотека создаётся командой вида
gcc -shared -o libsomething.so module1.c module2.c …
Для использования библиотеки при сборке программы её нужно указать компилятору при помощи опции -l , например
gcc -o program -lm program.c
(здесь будет использоваться файл библиотеки libm.so , префикс lib компилятор подставляет по умолчанию). По умолчанию компилятор собирает программу, использующую динамические библиотеки. Если нужно использовать статические версии библиотек, компилятору нужно указать опцию -static .
Подробную информацию об опциях gcc см. в man gcc .
Hello, world!
Считается, что традиция начинать изучение языка программирования с написания программы, выводящей строку "Hello, world!", пошла с книги Кернигана и Ричи "Язык C" . В случае с языком C эта программа выглядит следующим образом:
#include
int
main
(int
argc,
char
*
argv)
{
printf
("Hello world!
\n
"
);
return
0
;
}
Чтобы запустить эту программу, этот текст нужно записать в файл с именем, скажем, hello.c , и из директории, в которой расположен этот файл, дать команду вида
gcc -o hello hello.c
Впрочем, в случае такой простой программы достаточно дать команду
(я поясню ниже, почему эти две команды работают одинаково). В результате в той же директории появится исполняемый файл с именем hello . Запустить его можно командой
Порядок сборки
Остановимся несколько подробнее на том, что именно делает компилятор. Порядок действий компилятора C традиционен, и применяется компиляторами некоторых других языков.
На входе компилятор имеет в общем случае набор файлов с исходными текстами. Перед началом собственно компиляции эти файлы обрабатываются т.н. препроцессором (программа cpp). Главная функция этой программы — выполнение директив вида #include . Встретив такую директиву, препроцессор вставляет содержимое указанного файла (в данном случае, stdio.h) на место этой директивы. Препроцессор понимает ещё некоторые директивы, но сейчас на них останавливаться я не буду.
После препроцессора выполняется собственно компиляция. Из исходных файлов на этом этапе получаются т.н. объектные файлы. Это файлы, содержащие исполняемый машинный код, но ещё не готовые для запуска. Главное, чего в них недостаёт — это адреса вызываемых библиотечных функций. Например, код функции printf() содержится в библиотеке libc . А в объектном файле содержится только имя этой функции. Кроме того, объектный файл содержит имена всех объявленных в нём функций.
Объектные файлы, а также используемые библиотеки подаются на вход компоновщику (программа ld). Компоновщик ищет все вызываемые из различных объектных файлов функции (по именам) в объектных файлах и в библиотеках. Если все функции найдены, то компоновщик собирает собственно исполняемый файл. При этом имена вызываемых функций заменяются на конкретные адреса памяти. В случае использования динамической библиотеки имя используемой функции остаётся, и к нему добавляется имя файла динамической библиотеки, в которой при запуске программы нужно будет искать эту функцию.
Собственно программа gcc представляет собой так называемый драйвер (driver). Она запускает упомянутые выше программы (или только некоторые из них, в зависимости от опций), чтобы получить исполняемый файл.
Второй пример: решение квадратных уравнений
В качестве несколько более сложного примера рассмотрим программу, которая должна решать квадратные уравнения. Пользователь вводит коэффициенты квадратного трёхчлена, а программа выдаёт его действительные корни. Вот полный текст такой программы:
#include
#include
/* solve: calculate roots of square equation.
* a, b, c are coefficients in equation.
* Roots would be stored at x1, x2.
* Return value: count of real roots.
*/
int solve(double a, double b, double c,
double* x1, double* x2) {
double D = b*b - 4*a*c;
double sqrtD;
if (D > 0) {
sqrtD = sqrt(D);
*x1 = (-b - sqrtD)/(2.0 * a);
*x2 = (-b + sqrtD)/(2.0 * a);
return 2;
} else if (D < 0)
return 0;
else {
*x1 = -b/(2.0*a);
return 1;
}
}
int main (int argc, char* argv) {
double a,b,c;
double x1, x2;
int roots_count;
// Input coefficients
printf("A: ");
scanf("%lf", &a);
printf("B: ");
scanf("%lf", &b);
printf("C: ");
scanf("%lf", &c);
// Solve the equation
roots_count = solve(a,b,c, &x1, &x2);
// Output results
switch (roots_count) {
case 0:
printf("No (real) roots.\n");
break;
case 1:
printf("One root: %0.4lf\n", x1);
break;
case 2:
printf("Two roots: %0.4lf and %0.4lf\n",
x1, x2);
break;
}
По аналогии с предыдущим примером, запишем этот текст в файл square.c и попытаемся скомпилировать его командой
gcc -o square square.c
Но на этот раз мы получим ошибку примерно такого вида:
/tmp/cc6RNFIi.o: In function `solve": square.c:(.text+0x6d): undefined reference to `sqrt" collect2: ld returned 1 exit status
В чём здесь дело? Ясно, что компилятору почему-то не понравился вызов функции sqrt() . Причём, он жалуется уже не на файл исходного кода, а на объектный файл (вот этот cc6RNFIi.o). Это означает, что исходный файл благополучно скомпилировался, а проблемы возникли на стадии компоновки (что можно видеть и по упоминанию в тексте ошибки программы ld — это стандартный в GNU/Linux компоновщик). Компоновщик не смог найти функцию sqrt() . В данном случае, это произошло из-за того, что эта функция содержится в библиотеке libm , а мы не просили компилятор использовать её. Чтобы избавиться от этой ошибки, нам нужно изменить команду компиляции на следующую:
gcc -o square -lm square.c
Такая команда должна отработать без ошибок и создать исполняемый файл square .
При сборке любой достаточно сложной программы нам придётся использовать несколько библиотек, и, возможно, понадобится указывать ещё какие-то опции компилятору. Команда может получиться довольно длинная. Что же, каждый раз набирать её вручную? Нет. Один из принципов философии UNIX гласит: «Всё, что может быть автоматизировано, должно быть автоматизировано». Здесь нам пригодится одна из древнейших UNIX-утилит — программа make . Чтобы воспользоваться ею, нужно написать файл с именем Makefile (в той же директории, что и наш исходный файл) со следующим содержимым:
square: square.c $(CC) -o $@ -lm $<
Теперь собрать исполняемый файл можно просто дав команду make . Как это работает?
Make
Утилита make предназначена для сборки программ (хотя может использоваться для автоматизации многих других похожих задач). Она читает файл с именем Makefile и видит в нём набор правил. Каждое правило определяет три вещи: цель (goal, т.е. то, что нужно собрать), список исходных файлов и набор команд, которые нужно выполнить, чтобы собрать цель из исходных файлов. В примере выше, square — это имя цели, square.c — единственный в данном случае исходный файл (если их несколько, они перечисляются через пробел), а вторая строчка — команда. В команде могут использоваться переменные. Некоторые из переменных имеют специальное значение. В частности, в любом правиле $@ обозначает имя цели, а $< — первый исходный файл. Переменная $(CC) указывает на компилятор C, используемый в системе по умолчанию (в большинстве случаев это gcc , но бывает и что-нибудь другое).
В имени цели и списке исходных файлов может использоваться подстановочный символ % . Например, такое правило:
%.o: %.c $(CC) -c $<
обозначает, что файлы с именем, заканчивающимся на.o , нужно собирать из соответствующих файлов с суффиксом.c .
Кроме того, make заранее знает некоторое количество правил по умолчанию. Среди них есть упомянутое в последнем примере, а также правило
%: %.c $(CC) -o $@ $<
Благодаря этому правилу, в примере с «Hello, world!» просто команда make hello запускала cc -o hello hello.c .
По набору правил make составляет граф зависимостей целей друг от друга и от исходных файлов, и выполняет только те команды, которые нужны для сборки цели, указанной в командной строке. Если не указано никаких целей, то собирается первая цель, описанная в Makefile .
Более подробную информацию об этой утилите см., например, в man make .
Управление версиями
Для управления версиями исходного кода может использоваться любая VCS. Однако, раз уж мы говорим о GNU/Linux, рассмотрим вкратце систему, используемую для разработки ядра Linux: git. По git существует довольно обширная документация, в т.ч. и на русском языке. См. например, мою статью или известную серию статей .
Для начала использования git нужно создать репозиторий — хранилище для версий файлов. Это делается командой
Теперь можно добавлять файлы в репозиторий. Но нам не нужно отслеживать версии некоторых файлов, а именно: объектных файлов и исполняемых файлов. Чтобы сразу исключить их из рассмотрения git, напишем файл.gitignore следующего содержания:
*.o square hello
Теперь команда
добавит в репозиторий все файлы в текущей директории, кроме упомянутых в файле.gitignore . После этого можно делать коммит командой
По этой команде откроется текстовый редактор по умолчанию. Тут нужно будет написать комментарий к коммиту. В данном случае достаточно строчки типа «Initial commit».
Отладка
Для отладки в Linux используется отладчик gdb . Но сначала, для того, чтобы программу было удобно отлаживать, её нужно скомпилировать с опцией -g . Сейчас нам достаточно изменить Makefile , приведя его к виду
square: square.c $(CC) -o $@ -lm -g $<
и пересобрать программу.
При обычной компиляции в исполняемый файл не попадают имена функций, переменных и т.п. Опция -g указывает компилятору, что эту информацию нужно записать в соответствующую секцию исполняемого файла. Кроме того, с этой опцией в исполняемый файл записывается информация о соответствии смещений и номеров строк в исходном файле.
Отладка запускается командой вида
gdb ./some-program -a -b
При запуске отладчика появляется приглашение командной строки вида:
GNU gdb (GDB) 7.2-ubuntu Copyright (C) 2010 Free Software Foundation, Inc. License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later This is free software: you are free to change and redistribute it. There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law. Type "show copying" and "show warranty" for details. This GDB was configured as "i686-linux-gnu". For bug reporting instructions, please see: ... Reading symbols from /home/portnov/LUG/src/square...done. (gdb)
Работа с отладчиком, в общих чертах, напоминает работу с командной оболочкой. Вы вводите команды, отладчик их исполняет. Как и в командной оболочке, работает автодополнение команд по клавише Tab. Кроме того, для краткости можно сокращать команды до первых нескольких букв — лишь бы избежать неоднозначности.
К наиболее часто используемым командам относятся:
Напечатать очередной кусок исходника (печатается 10 строк). Можно указать конкретные номера строк после имени команды, например l 10,15 .
Запустить программу на выполнение под отладчиком. Программа будет выполняться до ближайшей точки останова, или до конца.
Установить точку останова. Номер строки, на которой нужно установить точку останова, указывается после имени команды.
Выполнить одну строку программы.
Вычислить и напечатать выражение. Выражение указывается после команды. Таким образом можно, например, однократно посмотреть значение какой-нибудь переменной.
Добавить выражение к списку постоянно отображаемых. Значения этих выражений будут показываться после исполнения каждой команды. Рядом с каждым выражением печатается его номер в списке. Удалить выражение из списка можно командой undisplay с номером выражения.
Выход из отладчика.
Более подробную информацию по GDB см. в man gdb .
Оконная система X11
Исторически в UNIX не было и не могло быть никакой графической среды, потому что не было графических дисплеев. Графическая среда для UNIX появилась примерно тогда, когда появились распространённые графические дисплеи: в 1984. Сначала она называлась W (от Window), затем её усовершенствовали и назвали следующей буквой алфавита — X, следующая версия называлась X2… Сейчас имеем X11.
X11 представляет собой, прежде всего, сетевой протокол поверх TCP/IP и UDP/IP. У протокола есть клиент и есть сервер. Клиент посылает последовательность запросов вида «нарисуй мне окошко», «нарисуй на нём кнопочку», а сервер их исполняет. Один из главных принципов X11 — «определять механизмы, а не политики». Протокол предоставляет возможность, скажем, рисовать окошки, а как именно они будут отображаться — не определяет.
Наиболее распространённым X-сервером сейчас является Xorg (http://x.org); всё ещё жив XFree86; под Windows актуален Xming; выпускаются аппаратные X-серверы — комплекты «монитор + клавиатура + мышка», в которых поддержка серверной функциональности X11 реализована аппаратно — такие комплекты используются в качестве графических терминалов.
Протокол X11, в отличие от, скажем, HTTP, является бинарным, а не текстовым — это сделано из соображений экономии пропускной способности сетевого соединения и простоты разбора запросов сервером. Но это усложняет создание клиентов этого протокола: собирать замысловатые бинарные X11-запросы заведомо сложнее, чем, например, текстовые HTTP-запросы. Поэтому для написания X-клиентов используются специальные библиотеки функций, формирующих и отправляющих серверу X-запросы. Наиболее распространена библиотека libX11. Более современным вариантом является libxcb.
Запросы X11 весьма низкоуровневые. Например, чтобы реализовать функциональность кнопки, нужно нарисовать в окне прямоугольник, написать в нём текст, ждать в цикле нажатия кнопки мыши, и при каждом нажатии проверять, где щёлкнули — внутри прямоугольника или вне него. Поэтому стали появляться так называемые тулкиты — библиотеки, являющиеся высокоуровневыми обёртками над libX11.
Исторически первым тулкитом был Athena3D. Потом были Motif и Tk. Сейчас наиболее распространены GTK+ и Qt (Qt, строго говоря, представляет собой не X11-тулкит, а многоцелевой кроссплатформенный набор библиотек, который может использоваться в качестве X11-тулкита).
Hello, world на GTK+
В качестве примера рассмотрим следующую программу. Она показывает окно с одной кнопкой. При нажатии на эту кнопку появляется сообщение «Hello, world».
#include
// This function displays message dialog.
// main_window parameter should be set to parent window of the dialog.
void message_box (GtkWindow* main_window, gchar *message) {
GtkWidget *dialog, *label, *content_area;
// Create a dialog
dialog = gtk_dialog_new_with_buttons ("Message",
main_window,
GTK_DIALOG_DESTROY_WITH_PARENT,
GTK_STOCK_OK,
GTK_RESPONSE_NONE,
NULL);
// Create a label
content_area = gtk_dialog_get_content_area (GTK_DIALOG (dialog));
label = gtk_label_new (message);
// On "response" signal (it"s called when user clicks a button in
// the dialog), destroy the dialog.
g_signal_connect_swapped (dialog,
"response",
G_CALLBACK (gtk_widget_destroy),
dialog);
// Add a label
gtk_container_add (GTK_CONTAINER (content_area), label);
// Show the dialog
gtk_widget_show_all (dialog);
}
// Callback for delete-event signal
static gboolean delete_event(GtkWidget *widget,
GdkEvent *event,
gpointer data)
{
// If return TRUE, window will not be closed.
// This may be used to preven closing window in some situations.
return FALSE;
}
// Callback for destroy signal
static void destroy(GtkWidget *widget,
gpointer data)
{
// End main GTK+ event loop
gtk_main_quit ();
}
// Callback for button click
static void hello (GtkWidget *widget,
gpointer data)
{
// "data" parameter represents main window here
message_box(GTK_WINDOW(data), "Hello, world!");
}
int main(int argc,
char *argv)
{
GtkWidget *window;
GtkWidget *button;
// Init GTK+
gtk_init (&argc, &argv);
// Create main window
window = gtk_window_new (GTK_WINDOW_TOPLEVEL);
// Set up callbacks for some signals
g_signal_connect (window, "delete-event",
G_CALLBACK (delete_event), NULL);
G_signal_connect (window, "destroy",
G_CALLBACK (destroy), NULL);
// Set window borders width
gtk_container_set_border_width (GTK_CONTAINER (window), 10);
// Create labeled button
button = gtk_button_new_with_label ("Hello World");
// Set up callback for "clicked" signal of the button.
// Pass main window as second parameter.
g_signal_connect (button, "clicked", G_CALLBACK (hello), (gpointer)window);
// Pack the button into window
gtk_container_add (GTK_CONTAINER (window), button);
// Show the button
gtk_widget_show (button);
// Show the window
gtk_widget_show (window);
// Run main GTK+ event loop.
gtk_main ();
Собирается эта программа командой вида
gcc -o gtk-hello $(pkg-config --cflags gtk+-2.0) $(pkg-config --libs gtk+-2.0) gtk-hello.c
Дополнительная литература
Реймонд, Эрик С. Искусство программирования для UNIX. — Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2005. — 544с., ил.
Керниган Б., Пайк Р. UNIX. Программное окружене. — Пер с англ. — СПб: Символ-Плюс, 2003. — 416с., ил.
Керниган Б., Ритчи Д. Язык программирования C. — Пер. с англ. — Москва: Вильямс, 2006. — 304 с.
Мы собрали для вас 10 лучших видеокурсов, изучение которых поможет вам начать работу с Linux и разобраться в особенностях данной системы.
1. Linux для начинающих
Начнем с обучающего видеокурса по Линукс, в котором рассказывается о системе в целом и о начале работы с ней. Данный видеокурс больше подходит для тех, кто только начинает свое знакомство с Линукс.
2. Серия уроков «Научись Линукс»
Данный видеокурс предназначен для начала работы с Линукс. Поможет в установке данной системы на ваш ПК. Аудитория данного видеокурса — это люди, которые немного, но слышали про Линукс.
3. Курс лекций по администрированию Линукс
Подробный видеокурс по администрированию Линукс. Он рассматривает разные вопросы: от предназначения данной системы до администрирования MySQL. Подходит как новичкам, так и уже опытным пользователям Линукс.
4. Программирование на Bash
Отличный англоязычный туториал по изучению программирования на Bash. Поможет вам разобраться в очень важном аспекте работы с Линукс, но лучше всего начать изучение этого курса после просмотра одного из предыдущих.
5. Администрирование Линукс
Данный курс обеспечит вас базовыми знаниями Линукс и поможет получить сертификат LPIC-1. Если вы хотите подкрепить свои знания сертификатом LPIC-1, то этот курс точно для вас.
6. Основы Линукс
Небольшой видеокурс по основам работы с Линукс. Если вы хотите начать именно с данного видеокурса, то рекомендую ознакомиться с установкой Линукс, так как в данном видеокурсе рассматриваются аспекты работы непосредственно в самой системе.
7. Основы работы с командной строкой
Небольшой, но очень полезный англоязычный туториал по работе с командной строкой Линукс. В данном видеокурсе вы научитесь таким простым операциям, как создание и удаление файлов или директорий. Подходит для всех, кто хочет расширить свои знания работы в Линукс.
8. Видеокурс по GNU/Linux Владимира Моженкова
Видеокурс по основам работы с GNU/Linux, простой и понятный. Данный видеокурс нацелен как на новичков, так и на опытных пользователей Линукс.
9. Серия уроков «Ваш путь в мир Линукс!»
Данный видеокурс рассказывает о работе с такими вещами, как системный планировщик Cron и переменная path. Советую не начинать с данного курса, пока не ознакомитесь с одним из предыдущих.
10. Администрирование Linux
Последним в нашем списке идет видеокурс, в котором подробно рассказываются все аспекты работы с Линукс. Данный видеокурс расширит знания опытных пользователей, курс рассчитан на тех, кто уже как-то знаком с Линукс, но хочет знать о нём больше.
