《深入理解计算机系统》实验一

在我的理解中：

元知识：思考问题的能力

硬知识：可见的知识点

软知识：实践中的经验

后面的常用命令是老师上课中讲到的。

一边看提供的材料一边在实验楼里实践，我的实验顺序如下：

vim编辑器实验1234

普通模式(Normal mode)：在普通模式中，用的编辑器命令，比如移动光标，删除文本等等。这也是Vim启动后的默认模式。

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。

插入模式(Insert mode)：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。

命令行模式(Command line mode)：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。

三种常用模式的切换

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+[(这在vim课程环境中不管用)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。

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。

直接使用vim也可以打开vim编辑器，但是不会打开任何文件。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。

游标移动

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。

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

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

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

普通模式下输入Shift+zz即可保存退出vim

进入普通模式，使用下列命令可以进行文本快速删除：

除此之外，你还可以在命令之前加上数字，表示一次删除多行，如：

2dd表示一次删除2行

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

进入普通模式输入N<command>，N表示重复后面的次数

输入10x，删除10个连续字符    输入3dd，将会删除3行文本

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，所以你可以很容易的联想到dnw(n替换为相应数字)表示删除n个单词

行间跳转  注意是在普通模式下

小技巧：你在完成依次跳转后，可以使用Ctrl+o快速回到上一次(跳转前)光标所在位置

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

可使用~将游标所在字母变成大写或小写

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）

其实前面讲得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，也这一点可以让我们实现一个功能——交换上下行：

ddp,即实现了快速交换光标所在行与它下面的行

替换和Undo命令都是针对普通模式下的操作

快速缩进

1.使用命令进行快速调整缩进操作

缩进操作均在普通模式下有效

• 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

问题：这里不用ESC退出，输完命令后ENTER直接就回到普通模式了

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

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 （相当于查找下一处和上一处）n表示继续查找，N反向查找

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

以上查找n,N 的继续查找命令依然可以用

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

默认进入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

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

恢复文件

如果因为断电等原因造成文档没有保存，可以采用恢复方式，vim -r进入文档后（$ vim -r 1.txt），输入:ewcover 1.txt来恢复

可视模式命令简介（我理解为选择出对象好进行一起操作）

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

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。 打开方法有很多种，例如可以使用在命令行模式下输入:new 打开一个新的vim视窗，并进入视窗编辑一个新文件（普通模式下输入Ctrl+w也可以,但是Ctrl+w在chrome下会与chrome关闭标签页的快捷键冲突，所以使用该快捷键你可以在IE或其它浏览器进行练习），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

如果使用非chrome浏览器可以使用Ctrl+w进行视窗间的跳转

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

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

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

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，不过务必小心不要影响vim正常使用

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

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

实验：GCC的使用

gcc 支持编译的一些源文件后缀名

gcc 编译程序的流程

Linux的可执行文件并没有像 Windows 那样有明显的.exe后缀名, 只需向其分配x(可执行)权限即可 sudo chmod u+x excutefile

可以让gcc在编译的任何阶段结束，以便检查或使用该阶段的输出(这个很重要)

示例

打开的gvim环境中输入i进入编辑模式，输入以下代码

// filename: hello.c
#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv)
{
    printf("Hello, Shi-Yan-Lou!");
}

/**
  *在XfceTerminal打开后的界面中输入：$gcc hello.c -o hello
  *如果没有error，说明编译成功，将会在当前目录生成一个可执行文件 hello
  *继续输入：./hello 就会运行该程序，在bash上打印出 Hello, Shi-Yan-Lou!
 **/

期中：gcc hello.c -o hello --- 第二个hello为文件名，名字任意取定(但是不能违反bash的规则) 


从程序员的角度来看，一个简单的-o选项可以省略很多中间步骤一次性输出可执行文件; 但从编译器的角度来看，这条命令的背后是一系列的繁杂的工作。

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

示例及作业作业只需要改一下函数hello_print.c实验示例：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

Makefile带来的好处就是——“自动化编译”，一但写好，只需要一个 make 命令，整个工程便可以完全编译，极大的提高了软件的开发效率

一个工程中的源文件不计其数，按其类型、功能、模块分别放在若干个目录中。makefile定义了一系列的规则来指定，哪些文件需要先编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至进行更复杂的功能操作

make工具最主要也是最基本的功能就是根据makefile文件中描述的源程序至今的相互关系来完成自动编译、维护多个源文件工程。而makefile文件需要按某种语法进行编写，文件中需要说明如何编译各个源文件并链接生成可执行文件，要求定义源文件之间的依赖关系。

下面是一个简单的makefile的例子。

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

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

编译命令反向写makefile

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

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)

也可以理解为变量

实验二 Linux下C语言编程基础

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 转到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

编译过程比较难记，我们简化一下，前三步，GCC的参数连起来是“ESc”,相应输入的文件的后缀是“iso”,这样记忆起来就容易多了。

GDB：

注意使用GCC编译时要加“-g”参数。

• 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

问题：GDB的n(next)命令让GDB执行下一行，然后暂停。 s(step)命令的作用与此类似，只是在函数调用时step命令会进入函数,那么实际使用中应该优先选用哪个？为什么？

我认为应该先用n命令，直接是函数的结果，如果正确就向下运行，如果不正确就说明函数内部有问题，再用s命令。

• display 跟踪变量值的改变
• until 跳出循环
• finish 跳出函数
• help 帮助

使用vim 输入以下代码,联系使用“K”查找帮助文档：

先在vim中写好这六个代码。

3.练习gcc编译运行代码;

4.练习gdb调试代码;

5.把上述代码中除了main函数外的代码制作成一个静态库math.a和一个共享库math.so;

6.编写makefile，让代码编译，上述静态库和共享库的使用自动化。