深入理解计算机系

Linux基础

一、实验说明

环境登录  无需密码自动登录，系统用户名shiyanlou，密码shiyanlou

二、实验步骤

三种知识:

• 元知识:这门课程思考问题框架是什么？遇到老问题，它会怎样分析？遇到新问题，它会怎样分析？
• 硬知识:这门课程的主要知识点是什么？适合用思维导图组织吗？
• 软知识:这门课程的哪些知识点需要哪些实践环节来强化理解和记忆？

1、 Linux命令

Linux学习应用的一个特点是通过命令行进行使用。

登录Linux后，我们就可以在#或$符后面去输入命令，有的时候命令后面还会跟着选项（options）或参数（arguments）。即Linux中命令格式为：

    command [options] [arguments] //中括号代表是可选的，即有些命令不需要选项也不需要参数

     选项是调整命令执行行为的开关，选项不同决定了命令的显示结果不同。 参数是指命令的作用对象。

如ls命令，ls或ls .显示是当前目录的内容，这里“.”就是参数，表示当前目录，是缺省的可以省略。

我们可以用ls -a .显示当前目录中的所有内容，包括隐藏文件和目录。其中“-a” 就是选项，改变了显示的内容。

2 man命令

man是manul的缩写，我们可以通过man man来查看man的帮助。

帮助文档包含：

1 Executable programs or shell commands（用户命令帮助）
2 System calls (系统调用帮助)
3 Library calls (库函数调用帮助)
4 Special files (usually found in /dev)
5 File formats and conventions eg /etc/passwd（配置文件帮助）
6 Games
7 Miscellaneous (including macro packages and conventions), e.g. man(7), groff(7)
8 System administration commands (usually only for root)
9 Kernel routines [Non standard]

即 1是普通的Linux命令
2是系统调用,操作系统的提供的服务接口
3是库函数,  C语言中的函数
5是指文件的格式,比如passwd, 就会说明这个文件中各个字段的含义
6是给游戏留的,由各个游戏自己定义
7是附件还有一些变量,比如向environ这种全局变量在这里就有说明
8是系统管理用的命令,这些命令只能由root使用,如ifconfig

3 cheat 命令

cheat命令是在GNU通用公共许可证下，为Linux命令行用户发行的交互式备忘单应用程序。

4其他核心命令

和查找相关的核心命令还有find,locate,grep,whereis,which,其中：

• find查找一个文件在系统中的什么位置，locate是神速版本的find（Windows下有个Everything工具和locate类似）.
• grep 可以对文件全文检索，支持正则表达式，正则表达式也是一个重要的元知识。
• whereis,which告诉你使用的命令工具装在什么地方。

Linux下C语言开发

VIM中：

• 大写“K”可以用来查找函数的帮助信息:查看 man page,命令模式下，将光标放在函数名上，按"K"可以直接察看 man page。
• 几个设置

:set nu 显示行号

:set ai 自动缩行

:set ts=4 设置一个 TAB 键等于几个空格

• 移动光标

[[ 转到上一个位于第一列的"{"

]] 转到下一个位于第一列的"{"

{ 转到上一个空行

} 转到下一个空行

gd 转当前光标所指的局部变量的定义。

GCC编译代码的过程如下：

• 预处理：gcc –E hello.c –o hello.i;gcc –E调用cpp
• 编 译：gcc –S hello.i –o hello.s;gcc –S调用ccl
• 汇 编：gcc –c hello.s –o hello.o;gcc -c 调用as
• 链 接：gcc hello.o –o hello ;gcc -o 调用ld

gdb

GDB最基本的命令有：

• gdb programm(启动GDB)b 设断点（要会设4种断点：行断点、函数断点、条件断点、临时断点）
• run 开始运行程序
• bt 打印函数调用堆栈
• p 查看变量值
• c 从当前断点继续运行到下一个断点
• n 单步运行
• s 单步运行
• quit 退出GDB

作业：

3：练习gcc编译运行代码

VIM编译器

实验一： VIM快速入门

1：环境登录

无需密码自动登录，系统用户名shiyanlou，密码shiyanlou。

2：vim模式介绍

几乎所有的编辑器都会有插入和执行命令两种模式，并且大多数的编辑器使用与Vim截然不同的方式：命令目录（鼠标或者键盘驱动），组合键（通常通过control键（CTRL）和

alt键（ALT）组成）或者鼠标输入。Vim具有6种基本模式和5种派生模式，6种基本模式如下：

（1）普通模式

用的编辑器命令，比如移动光标，删除文本等等。是Vim启动后的默认模式。而大多数编辑器默认模式为插入模式。

Vim强大的编辑能来自于其普通模式命令。普通模式命令往往需要一个操作符结尾。例如普通模式命令dd删除当前行，

但是第一个"d"的后面可以跟另外的移动命令来代替第二个d，比如用移动到下一行的"j"键就可以删除当前行和下一行。

另外还可以指定命令重复次数，2dd（重复dd两次），和dj的效果是一样的。

在普通模式中，有很多方法可以进入插入模式。比较普通的方式是按a（append／追加）键或者i（insert／插入）键。

（2）插入模式

在这个模式中，大多数按键都会向文本缓冲中插入文本。在插入模式中，可以按ESC键回到普通模式。

     （3）可视模式

与普通模式类似，但移动命令会扩大高亮的文本区域。高亮区域可以是字符、行或者是一块文本。当执行一个非移动命令时，命令会被执行到这块高亮的区域上。

 （4）选择模式

可以用鼠标或者光标键高亮选择文本。

如果输入任何字符，Vim会用这个字符替换选择的高亮文本块，并且自动进入插入模式。

（5）命令行模式

在命令行模式中可以输入会被解释成并执行的文本。例如执行命令（:键），搜索（/和?键）或者过滤命令（!键）。

在命令执行之后，Vim返回到命令行模式之前的模式，通常是普通模式。

（6）Ex模式(Ex mode)

这和命令行模式比较相似，在使用:visual命令离开Ex模式前，可以一次执行多条命令。

          而三种常用模式的切换如下：

常用模式：普通模式、插入模式和命令行模式。

vim启动进入普通模式，处于插入模式或命令行模式时只需要按Esc或者Ctrl+即可进入普通模式。

普通模式中按i（插入）或a（附加）键都可以进入插入模式，

普通模式中按:进入命令行模式。命令行模式中输入wq回车后保存并退出vim。

3：进入VIM

1.使用vim命令进入vim界面

vim后面加上你要打开的已存在的文件名或者不存在（则作为新建文件）的文件名。 打开Xfce终端，输入以下命令   $ vim practice_1.txt。

直接使用vim也可以打开vim编辑器，但是不会打开任何文件：$ vim。进入命令行模式后输入:e 文件路径 同样可以打开相应文件。

2.游标移动

进入vim后，按下i键进入插入模式。

按Esc进入普通模式，在该模式下使用方向键或者h,j,k,l键可以移动游标。

4、进入插入模式

1.进入插入模式

在普通模式下使用下面的键将进入插入模式，并可以从相应的位置开始输入

5 保存文档

1.命令行模式下保存文档

从普通模式输入:进入命令行模式，输入w回车，保存文档。输入:w 文件名可以将文档另存为其他文件名或存到其它路径下。

6  退出vim

1.命令行模式下退出vim

从普通模式输入:进入命令行模式，输入wq回车，保存并退出编辑

以下为其它几种退出方式：

2.普通模式下退出vim       输入Shift+zz即可保存退出vi。

7、删除文本

1.普通模式下删除vim文本信息

进入普通模式，使用下列命令可以进行文本快速删除。

如果在命令行上加数字，还表明可以删除多行。如：2dd表示一次删除2行。

实验二：Vim文档编辑

一、vim重复命令

1.重复执行上次命令

在普通模式下.(小数点)表示重复上一次的命令操作

拷贝测试文件到本地目录    $ cp /etc/protocols .
       打开文件进行编辑           $ vim protocols
       普通模式下输入x，删除第一个字符，输入.(小数点)会再次删除一个字符，除此之外也可以重复dd的删除操作。

2.执行指定次数相同的命令

进入普通模式输入N<command>，N表示重复后面的次数。

在普通模式下，你还可以使用dw或者daw(delete a word)删除一个单词，所以dnw(n替换为相应数字)表示删除n个单词。

二、游标的快速跳转

普通模式下，下列命令可以让光标快速调转到指定位置，我们分别讨论快速实现行间跳转和行内跳转。

         1.行间跳转             在完成依次跳转后，可以使用Ctrl+o快速回到上一次(跳转前)光标所在位置

2.行内跳转

普通模式下使用下列命令在行内按照单词为单位进行跳转

三、复制粘贴和剪切

1.复制及粘贴文本

普通模式中使用y复制

• 普通模式中，yy复制游标所在的整行（3yy表示复制3行）
• 普通模式中，y^ 复制至行首，或y0。不含光标所在处字符。
• 普通模式中，y$ 复制至行尾。含光所在处字符。
• 普通模式中，yw 复制一个单词。
• 普通模式中，y2w 复制两个单词。
• 普通模式中，yG 复制至文本末。
• 普通模式中，y1G 复制至文本开头。
• 普通模式中使用p粘贴普通模式中，p(小写)代表粘贴至光标后（下）

普通模式中，P(大写)代表粘贴至光标前（上）

       2.剪切及粘贴

      dd删除命令就是剪切，你每次dd删除文档内容后，便可以使用p来粘贴，交换上下行：ddp 。

实验三：查找替换

一、字符的替换及撤销(Undo操作)

1.替换和撤销(Undo)命令

二、快速缩进

1.使用命令进行快速调整缩进操作

打开文件进行编辑    $ vim protocols
        普通模式下输入15G，跳转到15行

普通模式下输入>> 整行将向右缩进（使用，用于格式化代码超爽）

普通模式下输入<< 整行向左回退

普通模式下输入:进入命令行模式下对shiftwidth值进行设置可以控制缩进和回退的字符数。

2.shiftwidth命令

   shiftwidth命令是指上一节>>命令产生的缩进（可以简写成sw） 普通模式下输入:进入命令行模式下对shiftwidth值进行设置可以控制缩进和回退的字符数

获取目前的设定值:set shiftwidth?。
     设置缩进为10个字符:set shiftwidth=10。输入ESC回到普通模式，再次尝试>>看缩进量是否变化

3.调整文本位置

命令行模式下输入:ce(center)命令使本行内容居中  :ce。
    命令行模式下输入:ri(right)命令使本行文本靠右    :ri。
    命令行模式下输入:le(left)命令使本行内容靠左       :le。

三、查找

1.快速查找

普通模式下输入/然后键入需要查找的字符串 按回车后就会进行查找。 ？与/功能相同，只不过？是向上而/是向下查找。

进入查找之后，输入n和N可以继续查找 n表示继续查找，N反向查找

2.快速查找练习

使用vim打开文件进行编辑  $ vim protocols
     普通模式下输入/icmp查找字符串icmp

普通模式下输入n查找下一个icmp

普通模式下输入？tcp向上查找字符串tcp

普通模式下输入N查找上一个出现的tcp

3.高级查找

• 普通模式下输入\*寻找游标所在处的单词
• 普通模式下输入\#同上，但 \* 是向前（上）找，#则是向后（下）找
• 普通模式下输入g\*同\* ，但部分符合该单词即可
• 普通模式下输入g\#同\# ，但部分符合该单词即可

实验四：高级功能入门

一、多文件编辑

1.使用vim编辑多个文件

编辑多个文件有两种形式，一种是在进入vim前使用的参数就是多个文件。另一种就是进入vim后再编辑其他的文件。

同时创建两个新文件并编辑   $ vim 1.txt 2.txt。
       1.txt文件的编辑界面

• 命令行模式下输入:n编辑2.txt文件，可以加!即:n!强制切换，之前一个文件的输入没有保存，仅仅切换到另一个文件
• 命令行模式下输入:N编辑1.txt文件，可以加!即:N!强制切换，之前文件内的输入没有保存，仅仅是切换到另一个文件。

2.进入vim后打开新文件

• 命令行模式下输入:e 3.txt 打开新文件3.txt
• 命令行模式下输入:e# 回到前一个文件
• 命令行模式下输入:ls可以列出以前编辑过的文档
• 命令行模式下输入:b 2.txt（或者编号）可以直接进入文件2.txt编辑
• 命令行模式下输入:bd 2.txt（或者编号）可以删除以前编辑过的列表中的文件项目
• 命令行模式下输入:e! 4.txt，新打开文件4.txt，放弃正在编辑的文件
• 命令行模式下输入:f 显示正在编辑的文件名
• 命令行模式下输入:f new.txt，改变正在编辑的文件名字为new.txt

 3.恢复文件

采用恢复方式，vim -r进入文档后，输入:ewcover 1.txt来恢复    $ vim -r 1.txt。

二、可视模式

1.可视模式命令简介

• 在普通模式下输入v（小写），进入字符选择模式，就可以移动光标，光标走过的地方就会选取。再次按下v会后就会取消选取。
• 在普通模式下输入Shift+v（小写），进入行选择模式，按下V之后就会把整行选取，您可以上下移动光标选更多的行，同样，再按一次Shift+v就可以取消选取。
• 在普通模式下输入 Ctrl+v（小写），这是区域选择模式，可以进行矩形区域选择，再按一次Ctrl+v取消选取。
• 在普通模式下输入d删除选取区域内容
• 在普通模式下输入y复制选取区域内容

2.可视模式命令练习

拷贝练习文件到当前目录   $ cp /etc/protocols .
    打开练习文件                 。$ vim protocols
    在普通模式下9G跳转到第9行,输入Shift+v（小写V），进入可视模式进行行选择，选中5行，按下>>缩进，将5行整体缩进一个shiftwidth

在普通模式下输入 Ctrl+v（小写v），进入可视模式进行矩形区域选择，选中第一列字符然后x删除整列。

三、视窗操作

1.视窗操作简介

vim可以在一个界面里打开多个窗口进行编辑，这些编辑窗口称为vim的视窗。除了:new命令，下述列举的多种方法也可以在命令模式或普通模式下打开新的视窗：

• 命令行模式下输入:sp 1.txt 打开新的横向视窗来编辑1.txt
• 命令行模式下输入:vsp 2.txt 打开新的纵向视窗来编辑1.txt
• 普通模式下Ctrl-w s 将当前窗口分割成两个水平的窗口
• 普通模式下Ctrl-w v 将当前窗口分割成两个垂直的窗口
• 普通模式下Ctrl-w q 即 :q 结束分割出来的视窗。如果在新视窗中有输入需要使用强制符！即:q!
• 普通模式下Ctrl-w o 打开一个视窗并且隐藏之前的所有视窗
• 普通模式下Ctrl-w j 移至下面视窗
• 普通模式下Ctrl-w k 移至上面视窗
• 普通模式下Ctrl-w h 移至左边视窗
• 普通模式下Ctrl-w l 移至右边视窗
• 普通模式下Ctrl-w J 将当前视窗移至下面
• 普通模式下Ctrl-w K 将当前视窗移至上面
• 普通模式下Ctrl-w H 将当前视窗移至左边
• 普通模式下Ctrl-w L 将当前视窗移至右边
• 普通模式下Ctrl-w - 减小视窗的高度
• 普通模式下Ctrl-w + 增加视窗的高度

2.视窗操作练习

打开练习文件   $ vim 1.txt


• 命令行模式下输入:new 打开一个新的vim视窗
• 命令行模式下输入:sp 2.txt 打开新的横向视窗来编辑2.txt
• 命令行模式下输入:vsp 3.txt 打开新的横向视窗来编辑3.txt
• 如果使用非chrome浏览器可以使用Ctrl+w进行视窗间的跳转
• 分别在不同视窗的命令行模式下输入:q!退出多视窗编辑

四、文档加密

1.创建加密文档   $ vim -x file1
        输入您的密码 确认密码 这样在下一次打开时，vim就会要求你输入密码。

五、在vim执行外部命令

在命令行模式中输入!可以执行外部的shell命令

• :!ls 用于显示当前目录的内容
• :!rm FILENAME用于删除名为 FILENAME 的文件
• :w FILENAME可将当前 VIM 中正在编辑的文件另存为 FILENAME 文件

六、帮助系统

vim中的查看帮助

• 普通模式下按F1打开vim自己预设的帮助文档
• 命令行模式下输入:h shiftwidth 打开名为shiftwidth的帮助文件
• 命令行模式下输入:ver 显示版本及参数

七、功能设定

1.vim的功能设定

可以在编辑文件的时候进行功能设定，如命令行模式下输入:set nu（显示行数），设定值退出vim后不会保存。

要永久保存配置需要修改vim配置文件。 vim的配置文件~/.vimrc，可以打开文件进行修改。

2.获取目前的设定

• 命令行模式下输入:set或者:se显示所有修改过的配置
• 命令行模式下输入:set all 显示所有的设定值
• 命令行模式下输入:set option? 显示option的设定值
• 命令行模式下输入:set nooption 取消当期设定值

3.set功能的说明

• 命令行模式下输入:set autoindent(ai) 设置自动缩进
• 命令行模式下输入:set autowrite(aw) 设置自动存档，默认未打开
• 命令行模式下输入:set background=dark或light，设置背景风格
• 命令行模式下输入:set backup(bk) 设置自动备份，默认未打开
• 命令行模式下输入: set cindent(cin) 设置C语言风格缩进

GCC的使用

1. gcc 支持编译的一些源文件后缀名

2. gcc 编译程序的流程

源文件---预处理---编译---汇编----链接----可执行文件

  gcc流程：

1、gcc会调用预处理程序cpp，由它负责展开在源程序中定义的宏(上例：#include <stdio.h>)，向其中插入#include语句所包含的内容(展开stdio.h包含的代码)

在Xfce终端中输入：$ gcc -E hello.c -o hello.i

hello.i这是一个经过预处理器处理之后的C源文件

gcc的-E参数可以让gcc在预处理结束后停止编译过程。

2、将hello.i编译为目标代码，gcc默认将.i文件看成是预处理后的C语言源代码，因此它会直接跳过预处理，开始编译过程。

$ gcc -c hello.i -o hello.o

同样，用vim打开.o文件看，应该是一片乱码(它已经是二进制文件了)

Tips:

1. 请记住，gcc预处理源文件的时候(第一步)，不会进行语法错误的检查
2. 语法检查会在第二步进行，比如花括号不匹配、行末尾没有分号、关键字错误......

3、gcc连接器将目标文件链接为一个可执行文件，一个大致的编译流程结束   gcc hello.o -o hello。

作业：

实验：GDB的使用

gdb(GNU debugger)调试程序的方法，该程序是一个调试器，是用来帮助程序员寻找程序中的错误的软件。

启动程序，可以按照用户自定义的要求随心所欲的运行程序。

可让被调试的程序在用户所指定的调试的断点处停住 (断点可以是条件表达式)。

当程序停住时，可以检查此时程序中所发生的事。

动态地改变程序的执行环境。

从上面来看，gdb和一般的调试工具区别不大，基本上也是完成这些功能，不过在细节上，会发现gdb这个调试工具的强大。命令行的调试工具却有着图形化工具所不能完成的功能。

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­gdb主要调试的是C/C++的程序。要调试C/C++的程序，首先在编译时，必须要把调试信息加到可执行文件中。使用编译器(cc/gcc/g++)的 -g 参数即可。

如：$ gcc -g hello.c -o hello

$ g++ -g hello.cpp -o hello

如果没有-g，将看不见程序的函数名和变量名，代替它们的全是运行时的内存地址。当用-g把调试信息加入，并成功编译目标代码以后，看看如何用gdb来调试。 启动gdb的方法有以下几种：

1. gdb <program> program也就是执行文件，一般在当前目录下。
2. gdb <program> core 用gdb同时调试一个运行程序和core文件，core是程序非法执行后，core dump后产生的文件。
3. gdb <program> <PID> 如果程序是一个服务程序，那么可以指定这个服务程序运行时的进程ID。gdb会自动attach上去，并调试它。program应该在PATH环境变量中搜索得到。 gdb启动时，可以加上一些gdb的启动开关，详细的开关可以用gdb -help查看。下面只列举一些比较常用的参数： -symbols <file> -s <file> 从指定文件中读取符号表。 -se file 从指定文件中读取符号表信息，并把它用在可执行文件中。 -core <file> -c <file> 调试时core dump的core文件。 -directory <directory> -d <directory> 加入一个源文件的搜索路径。默认搜索路径是环境变量中PATH所定义的路径。

Makefile 使用

一、Makefile 基本规则

下面从一个简单实例入手，介绍如何编写Makefile。假设现在有一个简单的项目由几个文件组成：prog.c、 code.c、 code.h。这些文件的内容如下：

prog.c

#include <stdio.h>
#include "code.h"

int main(void)
{
    int i = 1;
    printf ("myfun(i) = %d\n", myfun(i));
}

code.c

#include "code.h"

int myfun(int in)
{
    return in + 1;
}

code.h

extern int myfun(int);

这些程序都比较短，结构也很清晰，因此使用下面的命令进行编译：

$ gcc -c code.c -o code.o
$ gcc -c prog.c -o prog.o
$ gcc prog.o code.o -o test

如上所示，这样就能生成可执行文件test，由于程序比较简单，而且数量也比较少，因此看不出来有多麻烦。但是，试想如果不只上面的3个文件，而是几十个或者是成百上千个甚至更多，那将是非常复杂的问题。

那么如何是好呢？这里就是makefile的绝佳舞台，下面是一个简单的makefile的例子。

首先$ vim Makefile

test: prog.o code.o
        gcc prog.o code.o -o test
prog.o: prog.c code.h
        gcc -c prog.c -o prog.o
code.o: code.c code.h
        gcc -c code.c -o code.o
clean:
        rm -f *.o test

有了这个Makefile，不论什么时候修改源文件，只要执行一下make命令，所有必要的重新编译将自动执行。make程序利用Makefile中的数据，生成并遍历以test为根节点的树；现在我们以上面的实例，来学习一下Makefile的一般写法：

test(目标文件): prog.o code.o(依赖文件列表)
tab(至少一个tab的位置) gcc prog.o code.o -o test(命令)
.......

一个Makefile文件主要含有一系列的规则，每条规则包含一下内容：一个目标，即make最终需要创建的文件，如可执行文件和目标文件；目标也可以是要执行的动作，如‘clean’；一个或多个依赖文件的列表，通常是编译目标文件所需要的其他文件。之后的一系列命令，是make执行的动作，通常是把指定的相关文件编译成目标文件的编译命令，每个命令占一行，并以tab开头（初学者务必注意：是tab，而不是空格） 执行以上Makefile后就会自动化编译：

$ make
gcc -c prog.c -o prog.o
gcc -c code.c -o code.o
gcc prog.o code.o -o test

最后就会多产生： porg.o code.o test这三个文件，执行./test查看结果

还记得Makefile中的clean吗？ make clean就会去执行rm -f *.o test这条命令，完成 clean 操作。

四、使用带宏的 Makefile

Makefile还可以定义和使用宏(也称做变量)，从而使其更加自动化，更加灵活，在Makefile中定义宏的格式为：

macroname = macrotext

使用宏的格式为：

$(macroname)作业：