Unix编程与调试

1Unix编程培训讲义陆云海1999.04.19初稿1999.11.26第二版2000.03.23第三版1.开发环境以较为流行的Unix操作系统为例，介绍Unix下开发编程的主要内容。SUN工作站与服务器的操作系统是Solaris，常见版本是Solaris2.5、2.5.1、2.6，较新的是Solaris7(相当于2.7版吧)，最新的是Solaris8。Solaris的前身是SunOS，Solaris2.5相当于SunOS5.5。SunOS是基于BSDUnix的，而Solaris是基于UnixSVR4的。HP工作站与服务器的操作系统是HP-UX，常见的是HP-UX10.10、10.20，较新的是HP-UX11.0。DEC服务器(现在该称为Compaq的AlphaServer)的操作系统是DigitalUnix，常见的DigitalUnix4.0D(也叫OSF1)，Compaq收购DEC后将DigitalUnix更名为TruUnix64。2.编译系统C/C++由于历史的原因，Unix系统的开发主要是使用C/C++语言。C语言的编译器是cc，这是每个系统都会自带的，在/usr/ccs目录下。对于有些需要使用标准C语言的场合，需要安装ANSIC。C++语言是对C语言的扩充，每家Unix系统的支持就不一样了。SUN机上的C++是SUNVisualWorkshop的一部分，需要安装workshop后才能使用C++，也可以只安装C++。安装workshop需要license。SUN上的C++编译器是CC，一般安装在/opt/SUNWspro/bin目录。HP机上的C++是HP开发工具包SoftBench的一部分。SoftBench的安装需要license。HP机上的C++编译器是CC，一般安装在/opt/CC/bin目录。DEC机上的C++是操作系统内置的，编译器是cxx，在/usr/bin目录。2.1编译过程主要分为编译和链接两大步。具体过程：①编译预处理→②编译→③优化→④汇编→⑤链接。①编译预处理宏定义替换、条件编译、头文件包含、特殊符号(__FILE__、__LINE__等)。②编译常数、关键字、标识符、操作符。词法分析、语法分析。③优化中间代码优化、目标代码的生成。④汇编可重定位文件.o、共享的目标文件.so(.sl)、可执行文件。⑤链接静态链接、动态链接。2.2cc命令以SVR4上的C编译系统为基础，介绍cc的用法。22.2.1cc基本用法cc[选项]源文件[.o文件][库文件]如果源文件中含有main函数，则生成执行文件，缺省情况为在当前目录产生a.out。否则，则只生成.o文件。2.2.2常用选项-o目标文件名：生成指定的目标文件名，可以是执行文件或.o文件，要看有没有-c选项；-c：只生成.o文件；-P：只进行预处理；-C：保留注释；-S：只生成汇编代码；-D符号[=值]：定义符号，若未指明值，则缺省值为1，可以有多个；-Iinclude目录：定义include文件的目录，可以有多个；-L库目录：定义库文件的目录，可以有多个；-l库名：链接时包含库'lib库名.a'或'lib库名.so'；-g：加入调试信息；-O[n]：进行代码优化，有的系统还带有优化级别。2.3链接处理链接有静态链接和动态链接两种。2.3.1缺省设置标准的C函数库libc.a(静态库)、libc.so(动态库)主要包含了以下函数：标准I/O函数(stdio.h)：标准输入输出、文件输入输出等；字符串处理函数(string.h)：strlen、strcpy等；字符分类(ctype.h)：isalpha、isupper等；字符串/整数转换(stdlib.h)：atoi、itoa等；库函数形式实现的系统调用(unistd.h,sys/types.h,sys/stat.h,fcntl.h)：open、read等。2.3.2标准库-l选项指定库名，缺省情况下系统自动包含选项-lc，即自动包含标准C库。如果统一库目录下有库的两个版本，则优先使用动态库。缺省的路径：/usr/ccs/lib、/usr/lib动态库：所有内容被映射到进程虚地址空间中。执行文件小，内存占用小。但是运行时必需存在连接的库。静态库：执行文件只包含所需要的代码。执行文件大，内存占用大。但是运行时不需要连接的库。-dn选项(SUN)，指明只进行静态连接。-l选项放在最后较好。32.3.3静态库、动态库的建立静态库，又程档案库，建立步骤：1)生成目标文件cc-c2)用ar命令入档arr$HOME/lib/libtest.amyfunc.o以后就可以使用test库了cc-L$HOME/lib-o.....-ltest静态库的缺点：a.执行文件大，有函数代码的单独拷贝b.运行时每个进程都装入某些相同函数的代码，内存占用大c.函数定义更新后，要重新连接动态库的生成(SUN)cc-KPIC-G-o$HOME/lib/libtest.somyfunc.c(HP)cc-b-o$HOME/lib/libtest.slmyfunc.c2.3.4连接程序搜索目录-L选项指定(SUN)-Bstatic|dynamic指明进行静态或动态连接。环境变量LD_LIBRARY_PATH可以包括两部分，用分号隔开。搜索顺序：LD_LIBRARY_PATH中；的前半部↓-L指定的目录↓LD_LIBRARY_PATH中；的后半部↓标准位置2.3.5动态连接程序搜索目录连接阶段搜索方法同2.3.4。运行阶段使用环境变量LD_RUN_PATH指明自定义的动态库的位置。标准位置只有/usr/lib。运行阶段的搜索也可以使用LD_LIBRARY_PATH环境变量，而且效果更好，因为即使动态库被移到另一个目录，也可以被找到。尽量不要使用硬编码(连接时指定库文件名的全路径名)，因为这样的话，当动态库所在目录被移动后，运行不会成功。对于静态库无此问题(想想看，为什么？)。2.4预定义的符号__sun__unix__sparc__i3864__SVR4__hp9000s700__hp9000s800__hppa__hpux__PA_RISC1_1_HPUX_SOURCE__PPC(PowerPC)3.调试3.1简介SUN机和DEC机上的符号调试器是dbx，图形界面的是debugger。HP机上的符号调试器xdb。一般的Unix系统都支持汇编级的调试器adb。命令组：流程控制：断点、单步、连续变量检查：显示、修改变量的值函数调用栈的显示汇编语言级的调试源程序的显示编译和连接时加上-g选项。运行时应去掉此选项，尤其是在HP机上，否则占用太多的空间。使用strip命令也可以去除执行文件中的调试信息。哪些情况下需要调试：coredumpdbxa.outcore边运行、边调试dbxa.out活动进程执行很慢时dbx进程名进程号软中断3.2dbx的常用命令执行和跟踪stop设置断点clear清除断点run启动运行rerun重新运行runargs设置运行参数5cont继续运行next执行下一条语句，不进入函数内部step单步执行，可以进入函数内部显示和名字display显示变量的值(一直显示)down到函数调用堆栈的下一级up到函数调用堆栈的上一级where当前在函数调用堆栈的哪一级，程序中断处的源文件名和行数print显示变量的值(只显示一次)访问源文件cd改变目录pwd当前目录edit编辑文件file改变当前源文件files列出所有的源文件的名称func列出当前函数名funcs列出所有的函数名line改变当前行list显示几行源程序search在文件中搜索字符串use设置目标搜索路径运行时检查check-access|-leaks|-memuse|-alluncheckshowleaksshowmemusesuppressunsuppress杂项commands列出dbx的命令和简要解释help求助命令，后可跟希望得到解释的命令dalias显示别名dbxbugreport创建dbx的bug报告模板dbxenv显示或修改dbx的环境debug显示或改变要被调试的程序history显示历史命令kill-l显示所有已知的信号的标识、名字和描述kill杀掉控制的进程quit退出dbxsetenv设置环境变量sh调用sh执行命令source执行指定的文件中的命令!执行历史命令!!执行上条命令debugger6toolenv{cwd|font|width|srclines|cmdlines...}3.3xdb的常用命令命令行：xdb[-ddir][-Pprocess_ID][objectfile[corefile]]-d指定源程序所在目录-P指定正在运行的进程的IDobjectfile执行文件corefilecore文件窗口模式命令ts切换分屏模式（源程序窗口、汇编窗口）w[size]设置源程序窗口的行数（最多为主窗口行数减3）u刷新屏幕U清除并重画屏幕路径映射命令D目录名定义源程序所在目录，目录名要用引号括起来文件查看命令v显示下一屏程序v行号显示指定行号的程序，放在窗口中央L显示文件名、进程名、行号、当前行程序+[行数]向前移动指定行数(缺省为1行)-[行数]向后移动指定行数(缺省为1行)/[字符串]向前搜索字符串(缺省为上次搜索的字符串)?[字符串]向后搜索字符串(缺省为上次搜索的字符串)n重复上一次的/或?命令N与n命令类似，但是方向相反显示格式[count]formchar[size]count数目formchar格式符（对于数字，小写表示整数，大写表示长数据）size单元大小格式符n一般格式(normal)(d|D)十进制数(decimal)(u|U)无符号十进制数(o|O)八进制数(octal)(x|X)十六进制数(hexadecimal)(z|Z)二进制数(binary)(b|B)以十进制显示一个字节c显示一个字符C显示一个宽字符(e|E)以指数浮点格式显示(f|F)以一般浮点格式显示7(g|G)以g型浮点格式显示a显示以表达式作为首地址的字符串r显示一个对象的模板R显示一个对象的模板，基类也被显示s显示以表达式作为首字节的指针的地址的字符串t显示表达式(通常是变量名或过程名)的类型T与t相同，但对于C++的类和结构对象，也显示基类和结构类型信息p显示包含表达式指定的地址的过程名S结构或类对象的格式化输出k与S相同K与S相同，除了对于C++也显示基类信息size的等价符号b1字节(char)s2字节(short)l4字节(long)D8字节(double)L16字节(longdouble)数据显示和修改命令pexpr相当于pexpr\npexpr\format以format格式显示expr的内容pexpr?format以format格式显示expr的地址p-[[\]format]显示后一单元的数据p+[[\]format]显示前一单元的数据pclass::显示类的静态成员的值l[proc[:depth]]l[[[class]::][proc[:depth]]]列出当前过程(函数)的所有参数和局部变量la列出所有断言lb列出所有断点ld列出所有目录lsl列出所有共享库lz列出所有信号lf[string]列出所有的或匹配的源文件名lg[string]列出所有的或匹配的全局变量ll[string][@library]列出所有的或匹配的标号lm[string]列出所有的或匹配的宏lp[[class]::][string]列出所有的或匹配的函数名ls[string]列出所有的或匹配的特殊变量lx列出异常stop-on-throwand-catch状态(C++).lcl[string]列出所有的或匹配的类(C++).lct[string]列出所有的或匹配的类模板(C++).8ltf[string]列出所有的或匹配的模板函数(C++).lft[string]列出所有的或匹配的函数模板(C++).lo[[class]::][st