21st Century C / 21世紀 C 語言 筆記

by Captain Vincent

C 語言的演進, K&R (1978) -> ANSI C89 (1989) -> ISO C99 (1999) -> C11 (2011)

POSIX (Portable Operating System Interface of UNIX) 標準, 由 IEEE 制定類 Unix 的作業系統在實作上共通的基礎 (API 的關聯、Shell的運作、命令列工具的的執行相關規範, 跟本篇最大的關聯是符合 POSIX 標準的系統, 也包含了提供 C 語言的編譯器)。

介紹內容

Basic Tool: GDB、Valgrind、gprof、make、pkg-config、doxygen
Autotools: Autoconf、Automake、libtool
Useful Lib: libcURL、libGlib、libGSL、libSQLite3、libXML2

編譯階段

使用 pkg-config 顯示出使用該lib需要的 include、link 參數

pkg-config --libs [lib name]  
pkg-config --cflags [lib name]


一般在編譯時, 使用額外 lib 在編譯時所需的下參數

gcc -I[header path] -L[library path] -l[library name]
  • -I: 將路徑加入 include header 搜尋 path
  • -L: 將路徑加入 Library 搜尋 path
  • -l: 指定連結函式庫
  • -D: 等同於 define symbol (ex. -Dxxx)

可以搭配 pkg-config 使用 (但並非所有 lib 都有對 pkg-config 註冊)

gcc ｀pkg-config --cflags --libs [lib name]` -o [output name] [source file name]


執行期間的 Link (Share Library)

  • 使用 Autotools, Libtool 會自動加入正確的旗標來搜尋使用的 lib (後面章節會介紹)
  • 透過 export LD_LIBRARY_PATH 來指定執行時的搜尋路徑
  • 在 makefile 中添加 LDADD=-L[lib path] -Wl, -R[lib path] (-Wl 用來將後續用'逗號'隔開的 list 轉換成'空白'的 list 後傳給 linker)

使用 Makefile 簡化編譯時冗長繁瑣的指令

P=program_name  
OBJECT=  
CFLAGS= -g -Wall -O3  
LDLIBS=  
CC=C99

$(P): $(OBJECT)

(Makefile 範例)

  • $(var name) 表示變數, Shell使用 $Var 而 Makefile則要求必須以小括號括起來
  • 以冒號 ":" 區隔表示相依的關係
  • 以上的變數會在 make 的隱含規則中展開成執行的命令

除了上述範例中, 將變數值直接宣告在 Makefile 內, 額外將變數值傳給 Makefile 的方式有

  1. export 進環境變數
  2. 將變數指派命令放在執行命令之前 (只限當次執行有效)
    C 語言編譯的程式, 可在程式碼中透過 getenv 取得 1. 或 2. 指定的值
  3. make 也允許從命令列設定變數
CFLAGS="-g -Wall" make // 針對 make 及 子程序設定環境變數 (上述方法2)  
make CFLAGS="-g -Wall" // 設定 makefile 變數 (上述方法3)  



make -p > rule.txt

可以查看 rule.txt 了解 make 的隱含規則

Manual Page

  • man 指令可以搜尋函式的使用手冊 (ex. man printf)

  • man -k keyword 可以搜尋簡介

  • manual 分許多 section, section 1 為命令列、3為函式庫名稱 (man 3 printf 會列出 C 函式庫的文件)

  • vi 可將游標移到 keyword 上, 按 K 查閱 manual page

Here文檔的介紹

Debug / 除錯

GDB vs LLDB

set $ptr=&x[3] //expr int* $ptr = &x[3]  
p *($ptr++)

之後再重複按 Enter 會執行前一動指令, 此技巧可走訪陣列, 甚至套用 link-list

p $

$ 可表示前一次輸出變數存放的值, 但這邊 LLDB 測試無效

在 .gdbinit 中可以 define macro 來整理複雜資料結構的輸出

Profiling

Compile option 加上 -pg 會為 gprof 準備程式, 指令 gprof binary > profile 即可開始記錄, 結束後再打開 profile 看 log。
mac 上的分析可以參考 StackOverflow 提到的 Instruments

Valgrind

可以使用 Valgrind 偵測記憶體的使用錯誤(例子省略)

Unit Test

使用 Glib 內建的 tool 來實作(省略), 求覆蓋率可透過在 Compile option 加上
- fprofile-arcs -ftest-coverage -O0, 在執行程式後下指令 gcov program.gcda 可顯示執行行數的百分比, 另外 program.c.cov 會顯示被測試到的次數

Doxygen

使用 Doxygen 來產生文件, 比起在程式碼中添加的說明, 搭配 Graphviz 產生的各類圖表在 trace code 幫助更大。

Autotool 章節

在打包程式的部分目前常見的還有 CMake 可以使用, autotool的部分等以後有時間再回過頭來看吧... Ker Ker

Git 版本控管章節

Git 中文參考資料

類似書中範例的參考

Wrapping C/C++ for Python

變數的存取

Reference

  • Life Time
    • static: 直到程式結束為止才會釋放
    • automatic: 離開 Scope (block) 的時候即會馬上釋放
    • dynamic: 要手動 free 才會釋放
  • Scope
    • Local scope: 在 block 內可被看見
    • Class scope: Class 內的成員才可看見
    • Namespace scope: 同一個 namespace 才可看見
    • File scope: 相同檔案內才可看見
    • Global scope: 任何地方皆可看見, 除非被隱藏
Struct vs Array

在記憶體的使用上, 傳遞 struct 時會整個被複製出去, 但 array 僅會傳遞別名 (指向相同的記憶體空間)。

另外, Array 目前已可提供執行期才決定大小 (透過 run time 得知的值來宣告 array), 並且不用手動 free。

Point
ptr[0] = *(ptr+0) // 這邊僅表示左右兩者相等, 非賦值

(但是 void 的 point 是無法以陣列的方式取值, 因為缺少了型別無法計算位移量)。

NaN

Not-A-Number, 使用 NaN 作為例外回傳值, 另外 NaN 具備的特性, 即使 NaN == NaN 也會回傳 false, 只能用 isnan() 來檢查。

NaN 的值可透過 0/0. 來得到 (0/0 會產生錯誤, 因為整數無法表示 NaN)。

介紹容易犯錯的章節

Macro

在巨集的外部需加上大括號, 好處是可限制展開內容的變數生存空間, 也可降低展開後造成問題的風險。

gcc -E [source file name]

加上 -E option 之後只會執行前置處理器的部分, 並從標準輸出中印出結果, 可搜尋巨集擴展的部分來除錯。

前置處理器中的小技巧

  • 如果有兩個連續的字串出現, 箝制處理器會將兩個字串合併為一個

  • sizeof() 是個 compile time 的 operator

const
  • int const : 常數整數
  • int const * : 一個可變動的指標, 指向常數整數
  • int * const : 一個常數指標, 指向可變動的整數
  • int * const * : 一個指向常數指標的指標
  • int const * * : 一個指標的指標, 指向常數整數
  • int const * const * : 一個指向常數指標的指標, 常數指標指向常數整數

    前後相鄰的 int 與 const 可以互換, 意義仍不變。

struct 內的變數, 透過將 pointer 傳出之後仍舊無法受到 const 的保護, 需特別注意。 

int *ptr;  
int const **constptr = &ptr  
int const const_var = 10;  
*constprt = &const_var // 等同 ptr = &const_var
*prt = 20 // 等同於改變了 const_var 的值
範例顯示透過指標操作 const 需要小心

好用工具介紹

  • asprintf 來做文字轉換 (函式會自行 malloc, 但需手動 free)
  • Stopif 巨集的使用可在函式 return 異常值時提供保護
  • strdup 可以回傳複製字串後的內容
  • strtok 以 strtok_r or strtok_s 取代 (thread safe)
  • mmap 可以解決讀取檔案比記憶體大的問題
  • libxml 提供處理 unicode 的函式庫
    • 語言相關處理的 keywords : Gettext 提供翻譯框架、xgettext 產生需要翻譯的字串索引

特殊技巧

define test(i, ...) for(int index=0; index<i; i++) {__VA__ARGS__}
  • 展開時, 在第二個參數之後 (從 ... 刪節號之後的參數都會被展開至 __VA__ARGS__ 的位置
int iArray[] = {0, 1, 2, 3}; //賦值用  
function( (iArray[]){0,1,2,3} ) //傳遞用
  • 複合常量的寫法
  • 透過前兩項技巧可以寫出向量化的 macro (展開成多個處理相同事情的 Snippets)
struct stTest  
{
    int first;
    int second;
};
struct stTest temp = {.first=1};  

int list[5] = {[3]=4, [4]=5};
  • 指定初始子, 未指定會賦值 0
__attribute__((format(printf,m,n)))
  • 使用 __attribute__ 來控制變量輸入的問題, 參考資訊

(最後兩章的翻譯讀起來有點怪, 加上應用層面比較難參考, 就整理到這邊吧 : ) 收工~)