編譯環境介紹

最常用的文書編輯器vi及vim

安裝vim vi和vim的最大不同在於vim支 援「多顏色」的編輯環境，因 此我們選用vim vi幾乎是所有Linux都提供的編 輯器，請同學自學 第一次執行vim系統會說沒有 這個軟體，請依照螢幕只是輸 入 sudo apt-get install vim

使用圖形化介面安裝vim Ubuntu內建Ubuntu software center，可以使用圖形化介面 安裝程式 標準的vim是純文字介面， Ubuntu software center允許我 們安裝圖形化介面的vim 你們喜歡圖形化介面或純文字 介面呢？

先使用容易上手的「圖形化」vim 輸入「a」這個字母代表我們 要開始編譯 輸入程式碼 將檔案存成~/sp/hello.c 儲存的方式是按下「ESC」然後 打w hello.c 這時候你可以看到你的程式碼的 關鍵字變色了

一些設定 選擇下列選項，讓vim協助我 們程式碼的排版，並列出行號 Toggle Line Numbering Toggle auto-indent Toggle C-indenting

使用vim的「快捷鍵」

為何要學習「快捷鍵」 學會快捷鍵以後，編輯程式碼的速度可以變得更快 如果你使用的vim沒有圖形化介面，那麼你只能使用「快捷鍵」

Vim的編輯模式 編輯模式 按下i,o,a進入編輯模式，ESC退回一般模式 一般模式 指令模式 按下「：」進入命令列模式，ESC退回一般模式

vim一般模式常用功能 瀏覽 搜尋 上下左右鍵，移動游標 ctr-f, ctr-b，向下或向上移動一頁 0或「home」移到該列的第一個字元，$或「end」移到該列最後一個字 元 G移到最後一列，gg移到第一列 搜尋 「/word」向下尋找word這個字 「?word」向上尋找word這個字 n繼續尋找

vim一般模式常用功能 刪除、複製、貼上 x, X：小x向後刪除一個字元，大X向前刪除一個字元 dd：刪除整個列 ndd：n是一個數字，例如20，20dd代表向下刪除20列 yy：複製游標所在的那一行 nyy:複製游標所在的底下n行 p：將複製的資料，於游標的下一行開始貼上 u：復原前一個動作 [ctr]+r：重做上一個動作

一般指令模式 i：從目前游標所在位置開始插入（輸入） 「ESC」：退出一般模式

指令模式 :w，寫入檔案 :w!，強制寫入檔案 :q，離開vim :q!，強制離開vim :wq，寫入檔案並離開

寫程式碼常用指令 Ctr-n：自動補上該字

使用圖形化編輯器

選擇哪一個圖形化編輯器呢 - Geany

安裝

Geany的對程式碼編輯的支援 自動完成功能 參數提示功能

Geany的編譯環境

gcc 與 gdb

gcc常用的編譯參數 gcc xxx.c gcc xxx.c -o exec gcc xxx.c -O3 gcc xxx.c –ansi xxx.c必需內含main function，編譯以後產生的執行檔檔名為a.out gcc xxx.c -o exec xxx.c必需內含main function，編譯以後產生的執行檔檔名為exec gcc xxx.c -O3 xxx.c必需內含main function，啟動最佳化，O後面可以為1, 2, 3 gcc xxx.c –ansi xxx.c必須使用標準的ANSI C撰寫，所有gcc的擴充語法都不可以使用 gcc xxx.c –g 產生的執行檔案可以用gdb除錯 gcc xxx.c -pg 產生的執行檔案可以用gprofile量測效能

一個簡單但錯誤的例子 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main () { int *p; /*指標未給初始值*/ int ret; ret = scanf("%d", p); printf("ret = %d, %d", ret, *p); }

編譯並除錯 $gcc pointer.c –g –o pointer $gdb ./pointer shiwulo@ubuntu:~/sp$ gdb ./pointer /*一堆版權宣告訊息*/ (gdb)b main /*在main函數設定break point*/ Breakpoint 1 at 0x4005a5: file pointer.c, line 6. (gdb)r /*開始執行*/ Starting program: /home/shiwulo/sp/pointer Breakpoint 1, main () at pointer.c:6 6 scanf(“%d”, p); /*程式碼停在main函數的第一行*/ 請注意，紅色字體為提醒文字，並非Linux所輸出的文字

編譯並除錯 (gdb)n 1 /*你的執行檔pointer等著你輸入一個字*/ Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault. 0x00007ffff7a6c742 in _IO_vfscanf_internal (s=<optimized out>, format=<optimized out>, argptr=argptr@entry=0x7fffffffde08, errp=errp@entry=0x0) at vfscanf.c:1857 1857 vfscanf.c: No such file or directory. /*gdb告訴你發生segmentation fault*/

編譯並除錯 (gdb)bt #0 0x00007ffff7a6c742 in…at vfscanf.c:1857 #1 0x00007ffff7a72ed9 in … at isoc99_scanf.c:37 #2 0x00000000004005bb in main () at pointer.c:6 /*bt可以看到目前的呼叫堆疊*/ /*從上述的訊息可以知道pointer.c的第6行呼叫isoc99_scanf.c，isoc99_scanf.c呼叫vfscanf.c，並且在vfsacnf.c的1857行發生錯誤，由於我們相信libC應該不會有bug，所以bug很有可能發生在pointer.c的第6行*/ 請注意…代表我刪除了一些沒用的訊息

編譯並除錯 vfscanf 目前在此函數 Isoc99_scanf (gdb) up #1 0x00007ffff7a72ed9 … at isoc99_scanf.c:37 37 isoc99_scanf.c: No such file or directory. #2 0x00000000004005bb in main () at pointer.c:6 6 scanf(“%d", p); (gdb) /*注意，還未執行up前，gdb在「呼叫堆疊」裡面是位於vfscanf，因此必須執行二次的up才會到pointer.c*/ (gdb) print p /*print可以印出某個變數的值*/ $1 = (int *) 0x0 /*到這裡我們可以確定這個程式碼是因為指標未給初始值造成錯誤*/ pointer 二次up後到此函數

編譯並除錯 常用的gdb功能 help 印出gdb的功能與解釋 commends定義簡短指令 b 設定breakpoint watch觀察某一個變數是否被修改 bt 看目前的呼叫堆疊 l 看目前的程式碼 s 單步執行（遇到函數會跳進去 追蹤） n 單步執行（遇到函數不會跳進 去追蹤） p 印出某個變數的值 r 開始執行 info 會印出許多有用的東西

gdb -tui ./pointer ┌──pointer.c────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │4 int main () { │ │5 int *p; /*M-f~L~GM-fM-(~YM-f~\M-*M-gM-5M-&M-e~H~]M-│ │6 int ret; │ │7 ret = scanf("%d", p); │ │8 printf("ret = %d, %d", ret, *p); │ │9 } │ │10 │ │11 │ │12 │ │13 │ │14 │ │15 │ │16 │ └───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ exec No process In: L?? PC: ?? For bug reporting instructions, please see: <http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>. Find the GDB manual and other documentation resources online at: <http://www.gnu.org/software/gdb/documentation/>. For help, type "help". Type "apropos word" to search for commands related to "word"... Reading symbols from ./pointer...done. (gdb)

Code::Blocks（自己試試看，感覺不穩定）

Visual Studio Code https://code.visualstudio.com/download https://marketplace.visualstudio.com/items?itemName=ms- vscode.cpptools

File->Open Folder

Debug（在此步驟之前，記得先編譯）

Debug

設定（文字檔案，設定完記得儲存）

設定中斷點

開始執行

也是一個不錯的編輯器 （有自動填入功能）

Visual Studio Code未提供的功能

小結 必須熟悉gcc及gdb，因為Linux上的工具並無法完全替代掉這二 者 一定要熟悉vi及vim UNIX上一定會有vi UNIX與Windows不同，所有的設定檔都是「純文字」檔案，當系統崩潰 時你可以使用「single user mode」啟動，然後編輯設定檔案進行修復 可以選擇一個你最喜歡的GUI的環境，當平常寫程式用的工具

make：簡化常用的編譯指令

語法 target: source1.o source2.o… /*如果source1.o, source2.o其中有*/ gcc source1.o source2.o –o target /*一個比target還要新*/ /*就會執行gcc*/ clean: /*無預設條件*/ rm *.o

實例 pointer: pointer.c /*只有當pointer.c的時間比pointer還新時*/ gcc pointer.c -O3 -o pointer /*才會執行gcc指令*/ hello: hello.c gcc hello.c -O3 -o hello table: table.c gcc table.c -O3 -o table clean: /*只要執行clean就一定會執行remove*/ rm pointer rm hello rm table

更複雜一點點的例子 all: pointer hello table /*打make all時，只要xxx.c有任何變動，其*/ touch all /*對應的gcc會重新編譯該檔案*/ pointer: pointer.c gcc pointer.c -O3 -o pointer hello: hello.c gcc hello.c -O3 -o hello table: table.c gcc table.c -O3 -o table clean: rm pointer rm hello rm table

更複雜一點點的例子 all: pointer hello table /*打make all時，只要xxx.c有任何變動，其*/ touch all /*對應的gcc會重新編譯該檔案*/ pointer: pointer.c touch pointer /*www.cs.ccu.edu.tw/~shiwulo/course*/ hello: hello.c touch hello table: table.c touch table clean: rm pointer rm hello rm table

GNU C內建的效能衡量工具 gprofile

範例程式 如右圖，一個表格（table）， 分別計算欄（col）的總和及列 （row）的總和 程式碼的程式碼如下頁所示

程式碼 將table初始化 列印結果 以row major方式計算 主函數，呼叫各個子函數 以col major方式計算 #define size 10000 long table[size][size]; long col[size]; long row[size]; void initTable() { int i, j; for (i=0; i< size; i++) for (j=0; j<size; j++) table[i][j]=random(); } void sumCol() { for (i=0; i<size; i++) col[j] = table[i][j]; void sumRow() { row[i] = table[i][j]; void printResult() { int i; printf(" RAW\tCol\n"); printf("%8ld\t%8ld\n", row[i], col[i]); int main() { printf("hello\n"); initTable(); sumRow(); sumCol(); printResult(); return 0; 將table初始化 列印結果 以row major方式計算 主函數，呼叫各個子函數 以col major方式計算

編譯的命令，及gprof命令 gcc table.c -pg -o table /*編譯，注意，要加入-pg*/ ./table /*執行，會自動產生gmon.out*/ gprof -b table gmon.out /*產生報表，如下頁所示*/

gprof產生的報表 主要產生 各個函數的執行時間 call graph（呼叫圖）

執行時間 sumCol的執行時間是42.71% sumRow的執行時間是28.48% 雖然前述二者做的加法次數一 樣。由這裡可以看出row major 會比較快！ 較快的原因可以用perf觀察 initTable花了29.66%的時間

呼叫圖 由左圖可以看到main分別呼叫 了四個函數。 也可以觀察到呼叫這四個函數 佔了總體多少時間

可是人家覺得不漂亮， 人家看不懂啦

valgrind shiwulo@vm:~/sp/ch02$ gcc -g table.c shiwulo@vm:~/sp/ch02$ valgrind --tool=callgrind ./a.out shiwulo@vm:~/sp/ch02$ kcachegrind callgrind.out.#####

產生的結果 （請注意每個function消耗的時間並不是很精準）

initTable居然佔了最多時間 （gprof的結果是sumCol）

小結 gprof的結果比較正確 使用valgrind可以獲得比較多的東西，但結果（特別是時間）是 不正確的 Valgrind是虛擬機器，類似java，產生一種容易profiling的中間碼，之後 再做統計 因此Valgrind並不是真的執行x86程式碼，時間上就不是那樣準確了

作業 使用Linux環境撰寫一個程式，這個程式必須算出「費伯納西數列」， 到第1,000,000個「費伯納西數」 費伯納西數列 繳交程式 所有.c、.h、makefile，執行檔名稱「fib」，助教執行make後必須產生fib 選出程式碼寫最好、註解最完整的三名同學，額外加5分，並公佈這三位同下 的程式碼