【学习目标】

1.知识目标

了解软件开发过程。

掌握C语言基本语法。

掌握程序调试概念。

掌握编译相关概念。

掌握GCC、Makefile、GDB的用途。

2.技能目标

安装C/C++的开发工具。

编写简单的C/C++程序。

调试程序。

编译程序。

【认证考点】

了解软件开发过程。

认识编译相关概念、工具。

掌握GCC、Makefile、GDB的用途。

能够编写简单的C/C++程序。

能够编译、运行C/C++程序。

基本读懂C/C++程序。

掌握程序调试的基本知识和技巧。

项目引导：简易计算器

【项目描述】

该项目将实现两个数据加减乘除的简易计算器，任意输入两个数，求出它们的和、差、积、商，简易计算器运行界面如图8-1-1所示。完成该项目需要几个过程，分别为软件开发流程、安装与配置程序语言的开发环境、设计程序流程图、编写程序代码、调试代码、编译以及运行，经过上述过程才能完成该项目。

知识储备

8.1软件开发流程简介

软件开发流程即建立软件设计思路和方法。它的一般过程分为需求分析、概要设计、详细设计、编码、测试及软件交付等一系列操作，以满足用户的需求、解决用户的问题。

1.需求分析

软件开发项目，在项目启动前期，首先要明确用户的需求，在充分沟通后，项目双方对需求达成一致，最后形成需求分析。

首先，初步了解用户需求，然后用相关的工具软件列出要开发的系统的大功能模块，每个大功能模块包含哪些小功能模块。有些需求具有比较明确的界面时，可以初步定义少量的相关界面。接着，深入了解和分析需求，根据自己的经验用Word等工具写出一份系统的《功能需求文档》。该文档要清楚地列出系统的功能模块，并且列出相关的界面及其功能。最后，向用户再次确认需求。

2.概要设计

对软件系统进行概要设计，即系统设计。概要设计需要对软件系统的设计进行考虑，包括系统的基本处理流程、组织结构、模块划分、功能分配、接口设计、运行设计、数据结构设计和出错处理设计等，为软件的详细设计提供基础。

3.详细设计

在概要设计的基础上，开发者需要进行软件系统的详细设计。在详细设计中，描述实现具体模块所涉及的主要算法、数据结构、类的层次结构及调用关系，需要说明软件系统各个层次中的每一个程序的设计思路，要保证软件的需求完全分配到整个软件结构中，应当能够根据《软件系统详细设计报告》进行编码和测试。

4.编码

在软件编码阶段，开发者根据《软件系统详细设计报告》中对数据结构、算法和模块实现等的设计要求，开始具体的程序编写工作，分别实现各模块的功能，从而实现目标系统的功能、性能、接口、界面等。在规范化的研发流程中，编码工作量在整个项目流程里最多不超过1/2，通常为1/3。设计过程完成得好，编码效率就高，要注意的是，编码时不同模块之间的进度协调和协作是最需要小心的，也许一个小模块的问题就可能影响了整体进度，让很多程序员因此被迫停下工作，这种问题在很多研发过程中都出现过。

5.测试

测试编写好的系统，交给用户使用，用户使用时确认每个功能。软件测试有多种，按照测试执行方式区分，可以分为内部测试和外部测试；按照测试范围区分，可以分为模块测试和整体联调；按照测试条件区分，可以分为正常操作情况测试和异常情况测试；按照测试的输入范围区分，可以分为全覆盖测试和抽样测试。

8.2 C语言语法基础

C语言是一种通用的高级语言，最初是由丹尼斯·里奇在贝尔实验室为开发UNIX操作系统而设计的。C语言最开始是于1972年，它是一种高级语言，应用很广泛，即可用于嵌入式开发也也用于应用程序的开发，其中UNIX操作系统、C编译器、及UNIX应用程序都是用C语言编写的。

C程序主要包括以下部分：预处理器指令、变量、结构与表达式、函数、注释。

1.预处理器指令

预处理器是一个程序，用来处理源程序中的预处理指令。 一个C语言程序在编译之前一般都要经过预处理。

预处理器指令以“#”开头，它可以出现在任何位置。预处理语句须一行结束如要换行，则须用“\”来连接两行内容。 预处理主要有宏定义、宏函数、文件包含、条件编译。

（1）包含

文件包含是指一个文件包含另一个文件的内容，代码如下

#include  "文件名"
//或
#include  <文件名>

（2）宏指令

宏相当于文本的替换操作 ，定义在函数的外面，如定义PI内容替换为3.12，代码如下：

#define 标识符文本
#define  PI 3.12

（3）宏函数

宏函数只是文本，只是相当于做了内容替换的操作，注意参数是没有数据类型。代码如下：

//带参数的宏定义
#define S(a,b) a*b

（4）条件编译指令

在代码中设置编译条件根据编译条件进行代码的编译并运行。在编译文件的时候传入一个参数，根据参数就可以对代码进行有选择的编译。代码如下：

#ifdef 标识符
程序段1
#else
程序段2
#endif

或

#ifdef
程序段1
#endif

2.变量

C语言中变量是程序可操作的存储区的名称。C语言中每个变量都有特定的类型，类型决定了变量存储的大小和布局，该范围内的值都可以存储在内存中，运算符可应用于变量上。

C语言中的变量定义语法如下：

type variable_list;

type 必须是一个有效的C语言数据类型，可以是char、w_char、int、float、double或任何用户自定义的对象，variable_list 可以由一个或多个标识符名称组成，多个标识符之间用逗号分隔。

下面列出几个有效的声明：

int i,j,k;
char c,ch;
float f,salary;
double d;

（1）变量的命名规则

变量的名称可以由字母、数字和下划线字符组成。它必须以字母或下划线开头。大写字母和小写字母是不同的，因为C语言的大小写是敏感的。

（2）变量的数据类型

C语言中的数据类型可分为基本类型、构造类型、空类型、指针类型和用户自定义类型。基本类型包括整型、实型和字符型，基本类型的数据是不可分解的；构造类型的值是由若干成分按某种方式组成的，它的成分可能是基本类型，也可能是其他类型的，C语言中的构造类型有数组、结构体、共用体、位段和枚举等类型；用户自定义类型是为已经存在的数据类型重新命名；指针类型是表示数据在内存中的地址的一种特殊数据类型形式。

①整型数据。整型数据有短整型(shortint或short)、基本整型(int)、长整型(longint或long)和无符号整型(unsigned)。若不指定变量为无符号型，则变量默认为有符号型(signed)。整形数据如表8-2-1所示。

②实型变量。C语言中的实型变量分为单精度类型(float)和双精度类型(double)。对于每一个实型变量也都应该先定义后使用，一般在定义变量的同时进行初始化。

③字符变量。字符型变量用来存放字符数据，同时只能存放一个字符。在C语言中，字符变量用关键字char进行定义，在定义的同时一般进行初始化，其基本定义格式与前面的整型变量定义相同。

④数组。C语言支持数组数据结构，它可以存储一个固定大小的相同类型元素的顺序集合，数组是用来存储一系列数据，但它往往被认为是一系列相同类型的变量。

声明一个数组，需要指定元素的类型和元素的数量，语法如下：

typearray Name[arraySize];

初始化数组，可以逐个初始化数组，也可以使用一个初始化语句，代码所示：

double balance[5]={1000.0,2.0,3.4,7.0,50.0};

大括号{}之间的值的数目不能大于数组声明时在方括号[]中指定的元素数目。

访问数组元素。数组元素可以通过数组名称加索引进行访问。元素的索引是放在方括号内，跟在数组名称的后边。代码如下：

double salary=balance[2];

⑤枚举。枚举是C语言中的一种基本数据类型，它可以让数据更简洁，更易读。枚举语法定义格式为：

enum　枚举名　{枚举元素1,枚举元素2,……};

【实例8-1】定义一星期有7天，代码如下：

enum DAY
{
MON=1,TUE,WED,THU,FRI,SAT,SUN
};

⑥结构体。数组允许定义可存储相同类型数据项的变量，结构体是C编程中另一种用户自定义的可用的数据类型，它允许存储不同类型的数据项。

结构体的定义，使用 struct 语句。struct语句定义了一个包含多个成员的新的数据类型，struct语句的格式如下：

struct tag{
member-list
member-list
member-list
...}variable-list;

tag 是结构体标签；member-list 是标准的变量定义，比如inti或者floatf，或者其他有效的变量定义；variable-list 结构变量，定义在结构的末尾，最后一个分号之前，可以指定一个或多个结构变量。

【实例8-2】声明Book结构的方式，代码如下：

struct Books{
char title[50];
char author[50];
char subject[100];
int book_id;
}book;

3.程序基本结构

C语言程序的结构有顺序结构、选择结构和循环结构。

（1）选择结构

选择结构要求程序员指定一个或多个要评估或测试的条件，以及条件为真时要执行的语句和条件为假时要执行的语句。C语言把任何非零和非空的值假定为 true，把零或 null 假定为 false。

①选择结构类型。选择结构有if、if…else、嵌套if、switch、嵌套switch语句等类型，见表8-2-2。

②三元运算符“?:运算符”。三元运算符“?:”，可以用来替代 if...else 语句。它的一般形式如下：

Exp1?Exp2:Exp3;

其中，Exp1、Exp2和Exp3是表达式。“?”表达式的值是由Exp1决定的。如果Exp1为真，则计算Exp2的值，结果即为整个“?”表达式的值。如果Exp1为假，则计算Exp3的值，结果即为整个“?”表达式的值。

【实例8-3】输入一个数字来判断它是否为奇数或偶数，代码如下：

#include <stdio.h>
int main() { 
int num;
printf("输入一个数字 : "); 
scanf("%d",&num); 
(num%2==0)?printf("偶数"):printf("奇数"); 
}

（2）循环结构

有的时候，可能需要多次执行同一块代码，C语言提供了执行路径更为复杂的多种控制结构。循环语句允许我们多次执行一个语句或语句组。

① 循环类型。C 语言提供了以下几种循环类型，见表8-2-3所示。

② 循环控制语句。循环控制语句改变你代码的执行顺序，通过它你可以实现代码的跳转，见表8-2-4所示。

【实例8-4】循环输出1···10的值，代码如下：

#include  <stdio.h>
int main () { 
for( int i=1;i<10 i++; ) { 
 printf("i=%d",i); 
 }
}

4.函数

函数是一组一起执行一个任务的语句。每个C程序都至少有一个函数，即主函数 main() ，所有简单的程序都可以定义其他额外的函数，通常是根据每个函数执行一个特定的任务来定义函数。

（1）定义函数

函数声明告诉编译器函数的名称、返回类型和参数。函数定义提供了函数的实际主体，C语言中的函数定义的一般形式如下：

return_type function_name( parameter list ){
   body of the function
}

return_type 返回类型是函数返回值的数据类型，有些函数执行所需的操作而不返回值，return_type设置返回类型为 void。function_name函数名称是函数的实际名称。parameter list参数，参数就像是占位符，当函数被调用时，向参数传递一个值，这个值被称为实际参数，参数列表包括函数参数的类型、顺序、数量，参数是可选的，也就是说，函数可能不包含参数。函数主体包含一组定义函数执行任务的语句。

【实例8-5】定义max函数，函数有两个参数num1和num2，会返回这两个数中较大的那个数，代码如下：

int max(int num1, int num2) { 
/* 局部变量声明 */ 
int result; 
if (num1 > num2) 
result = num1; 
else
result = num2;
return result; 
}

（2）调用函数

当程序调用函数时，程序控制权会转移给被调用的函数。被调用的函数执行已定义的任务，当函数的返回语句被执行时，或到达函数的结束括号时，会把程序控制权交还给主程序。调用函数时，传递所需参数，如果函数返回一个值，则可以存储返回值。

【实例8-6】调用max函数，代码如下：

int main () { 
/* 局部变量定义 */ 
int a = 100; 
int b = 200;
int ret;
/* 调用函数来获取最大值 */
ret = max(a, b);
printf( "Max value is : %d\n", ret );
return 0; 
}

（3）函数参数

如果函数要使用参数，则必须声明接受参数值的变量，这些变量称为函数的形式参数。当调用函数时，有两种向函数传递参数的方式。见表8-2-5所示。

5.注释

C 语言有两种注释方式，“// ”表示单行注释，这种注释可以单独占一行。“/* */ ”表示多行注释，可以单行或多行。格式如下：

//单行注释 
/* 
 多行注释
 多行注释
 多行注释
 */

项目实施

采用C语言来实现简易计算器这个项目，首先要确定项目的需求，这个项目比较简单，从功能上主要实现两个数的加减乘除。

需要完成的任务:

• 安装与配置C开发环境
• 编写简易计算器程序代码
• 调试、编译、运行程序

8.3任务1：安装与配置开发环境

C语言和C++语言是国际上广泛流行的计算机高级程序设计语言，也是世界上最受欢迎的语言之一，它具有强大的功能，许多著名的软件都是用C语言或C++语言来编写的。这里主要介绍C语言。

C语言的开发过程一般要经过编辑、编译、链接、运行四个步骤。编写的代码称为源代码或源文件，编辑是指输入、修改源代码的过程。在这个过程中还要对源代码进行排版，使之美观、易读、有层次，并加上一些说明性的文字注释，帮助程序员理解代码的含义。经过编辑的源代码保存后生成后缀名为“.c”的文件。编译是指把源代码转换为可执行文件，这个转换的过程需要借助编译器，经过编译，把源代码转换为以“.obj”为后缀名的目标文件，但目标文件是机器代码，是不能够直接执行的，它需要有其他文件或者其他函数库辅助，才能最终生成以“.exe”为后缀名的可执行文件，这个过程称为链接。执行“.exe”文件并生成结果的过程称为运行。

8.3.1开发工具介绍及安装

C语言常用的集成开发环境有VisualC++、VisualC++.NET、TurboC以及BorlandC++Builder等。

1.开发工具介绍

VisualC++ 6.0，简称VC 6.0，是微软于1998年推出的一款C++编译器，包含标准版、专业版与企业版 ，缺点是对Windows系统不同版本的兼容性较差。Visual C++.NET是Visual C++ 6.0的后续版本，是一套完整的开发工具集，可在.NET平台下调用Framework的类库，功能强大，其中包含VisualC++开发组件。TurboC是美国Borland公司的产品，目前常用的版本是TurboC 2.0。BorlandC++Builder是由Borland公司继Delphi之后推出的一款高性能集成开发环境，具有可视化的开发环境。

2.开发工具的安装

下面以VisualC++ 6.0为例介绍开发工具的安装。VisualC++ 6.0是一个功能强大的可视化软件开发工具，它将程序的代码编辑、编译、链接和调试等功能集于一身。接下来介绍VisualC++ 6.0的安装过程。

（1）下载VisualC++ 6.0

登录其官方网站，下载该软件。

（2）VisualC++的安装过程

【步骤1】解压安装包文件。VisualC++ 6.0安装包文件可以直接解压。

【步骤2】安装。VisualC++ 6.0的安装比较简单，根据安装向导，选择软件的安装路径，直到安装完成，安装过程需1～2分钟。

8.3.2使用开发工具

1.启动VisualC++ 6.0

双击图标，启动VisualC++ 6.0。

2.使用VisualC++ 6.0

（1）部分工具栏按钮介绍

VisualC++ 6.0集成开发环境提供了许多有用的工具栏按钮，工具栏中包含如下按钮。

（2）创建C源程序

在VisualC++ 6.0界面上方的菜单栏中选择“文件”→“新建”，或者使用快捷键“Ctrl+N”，弹出新建对话框，选择“文件”→“C++SourceFile”，在对话框的右边，设置文件的保存路径及文件名。注意：C语言文件名的后缀为“.c”。以简易计算器程序为例，文件取名为computer.c，如图8-3-1所示。

（3）编写代码

在编辑区编写程序代码，编写一个简单打印输出的C源程序，如图8-3-2所示。

（4）编译程序

C语言是高级程序语言，在计算机中不能直接执行，需要编译。如computer.c源文件写好了，要进行编译，选择菜单“组建”→“编译”，如图8-3-3所示。

单击“编译”后，会出现如图8-3-4所示的对话框，询问是否创建一个默认项目环境，选择“是”，编译结果如图8-3-5所示。

（5）程序运行

运行C源程序，单击

8.4任务2：编写简易计算器程序代码

编写简易计算器程序，首先需要了解数据类型、定义变量、输出语句、输入语句、控制语句等知识。编写程序代码前，先设计程序流程图。

8.4.1设计程序流程图

程序流程图又称程序框图，是用统一规定的标准符号描述程序运行具体步骤的图形表示，通过对输入、输出数据和处理过程的详细分析，将计算机的主要运行步骤和内容标识出来。程序流程图是进行程序设计的基本依据，因此它的质量直接关系到程序设计的质量。

1.程序流程图的构成

程序流程图由处理框、判断框、起止框、连接点、流程线、注释框、相应的算法等构成。

2.程序流程图的三种基本结构

任何复杂的算法都可以由顺序结构、选择（分支）结构和循环结构这三种基本结构组成，因此，构造一个算法时，也是以这三种基本结构为“建筑单元”，遵守三种基本结构的规范。基本结构之间可以并列、相互包含，但不允许交叉，不允许从一个结构直接转到另一个结构的内部。因为整个算法都是由三种基本结构组成的，就像用模块构建的一样，所以结构清晰，易于验证正确性，易于纠错。这种方法就是结构化方法，遵循这种方法的程序设计，就是结构化程序设计。相应地，只要规定好三种基本结构的流程图的画法，就可以画出任何算法的流程图。

（1）顺序结构如图8-4-1所示。

（2）选择（分支）结构。这种结构是对某个给定条件进行判断，条件为真或假时分别执行不同的程序。其基本形式如图8-4-2所示。

（3）循环结构。循环结构有两种基本形式：while型循环和do-while型循环。while型循环的执行序列为：当条件为真时，反复执行循环体，一旦条件为假，跳出循环，执行循环后的语句。do-while型循环的执行序列为：首先执行循环体，再判断条件，条件为真时，一直循环执行循环体，一旦条件为假，结束循环，执行循环后的语句。循环结构如8-4-3所示。

3.程序流程图的作用及优点

程序流程图是人们对解决问题的方法、思路或算法的一种描述。

流程图的优点：

（1）采用简单、规范的符号，画法简单。

（2）结构清晰，逻辑性强。

（3）便于描述，容易理解。

4.简易计算器的程序流程图

简易计算器程序的编程思路，首先定义计算的两个数为变量，确定其数据类型为浮点数，可以采用float或double定义两个变量。接着打印输出计算器的服务界面，采用printf()函数打印输出，用户在服务界面选择功能菜单（1表示加法，2表示减法，3表示乘法，4表示除法），功能菜单用一个整数变量来表示，设定该整数变量值的范围为1～4，超过该范围则提示输入出错。接下来根据用户选择的功能实现不同的运算，这是一个判断性问题，有多个选择，采用条件分支语句switch（表达式）完成，如果表达式值为1，则实现两个操作数相加；如果表达式值为2，则实现两个操作数相减；如果表达式值为3，则实现两个操作数相乘；如果表达式值为4，则实现两个操作数相除。注意除法运算中，“0”不能作为被除数，所以在除法运算中需要对第二个操作数进行判定，采用if语句实现。简易计算器程序流程图如图8-4-4所示。

8.4.2编写代码

根据程序流程图编写程序代码，源代码文件取名为computer.c，代码如下：

#include<stdio.h>
void main(){	
//定义两个操作符和功能选项
double Lopter,Ropter,sum=0;
int server;
//打印服务界面
printf("\n----------------简易计算器-------------------\n");
printf("\n1加法运算2减法运算\n");
printf("\n3乘法运算4除法运算\n");
printf("\n------------------------------------------\n");
printf("请选择你要的服务（1、2、3、4）:");
scanf("%d",&server);
if(server>4||server<1)
	printf("输入有误！\n");
else
{
	printf("\n请输入两个操作数:");
	scanf("%lf%lf",&Lopter,&Ropter);
	switch(server)
	{
		case1:
		sum=Lopter+Ropter;
		break;
		case2:
		sum=Lopter-Ropter;
		break;
		case3:
		sum=Lopter*Ropter;
		break;
		//如果功能为4，则需要判断被除数不能为0
		default:if(Ropter==0)
		{
			printf("被除数不能为零!\n");
		}
		else
		{
			sum=Lopter/Ropter;
		}
	}
	printf("\n两个数的运算结果为：%8.3lf\n",sum);
	}
}

【代码解析】

1.功能界面

运用printf函数，打印出功能界面，代码如下：

//打印服务界面
printf("\n--------------------简易计算器-------------------\n");
printf("\n1加法运算2减法运算\n");
printf("\n3乘法运算4除法运算\n");
printf("\n----------------------------------------------\n");
printf("请选择你要的服务（1、2、3、4）:");

功能界面，运行结果如图8-4-5所示。

2.输出结果保留小数点后3位

代码printf("\n两个数的运算结果为：%8.3lf\n",sum)中%8.3表示输出结果保留小数点后3位。在输出程序中会四舍五入，但存储在变量里的结果并没有丢失精度。

3.if-else与switch语句的比较

switch语句与if-else进行对比，if-else比switch语句的条件控制更强大，if-else可以根据各种关系和逻辑运算的结果进行流程控制；而switch语句只能进行“==”的判断。

8.5任务3：编译、调试、运行程序

计算机高级语言按程序的执行方式可以分为编译型和解释型两种。

因为编译型语言是一次性地将源程序编译成机器码，所以可以脱离开发环境独立运行，通常运行效率较高。但由于编译型语言的程序被编译成特定平台上的机器码，因此编译生成的可执行性程序通常无法移植到其他平台上运行；如果需要移植，则必须将源代码复制到特定平台上，针对特定平台进行修改，至少也需要采用特定平台上的编译器进行重新编译。现有的C、C++、FORTRAN、Pascal等高级语言都属于编译型语言。

每次执行解释型语言的程序都需要进行一次编译，因此解释型语言的运行效率通常较低，而且不能脱离解释器独立运行。但解释型语言有一个优势：跨平台比较容易，只提供特定平台的解释器即可，每个特定平台上的解释器负责将源程序解释成特定平台的机器指令。解释型语言可以方便地实现源程序级的移植，但以牺牲程序执行效率为代价。现有的Ruby、Python等语言都属于解释型语言。

无论C还是C++语言，首先要把源文件编译成中间目标文件，在Windows下中间目标文件就是“.obj”文件，UNIX下中间目标文件是“.o”文件，即ObjectFile文件，这个动作叫做编译。然后再把大量的ObjectFile合成执行文件，这个动作叫做链接。

编译时，编译器需要语法正确、函数与变量的声明正确。对于后者，通常需要告诉编译器头文件的所在位置，只要所有语法正确，编译器就可以编译出中间目标文件。一般来说，每个源文件都应该对应一个中间目标文件。

链接的主要是函数和全局变量，所以，可以使用这些中间目标文件来链接应用程序。链接器并不处理函数所在的源文件，只处理函数的中间目标文件，大多数时候，由于源文件太多，导致编译生成的中间目标文件太多，而在链接时需要明确地指出中间目标文件名，这对于编译而言很不方便，所以，要给中间目标文件打包，在Windows下这种包称为“库文件”，也就是“.lib”文件，在UNIX下，是归档文件，也就是“.a”文件。

8.5.1GCC编译

GCC是GNU编译器集，是C、C++、Objective-C、Fortran、Ada、Go等编程语言的编译器和库的集合。许多开源项目包括GNU工具和Linux内核都是用GCC编译的。

1.安装GCC

在Ubuntu系统中安装GCC，首先需要在Ubuntu系统上添加新存储库和安装软件包，这时须用具有sudo权限的用户身份登录系统，默认Ubuntu系统中存储库包含一个名为“build-essential”的元包，它包含GCC编译器以及编译软件所需的许多库和其他实用程序。在Ubuntu上安装GCC编译器过程如下：

（1）更新包列表

sudo apt update

（2）安装build-essential软件包

sudo apt install build-essential

（3）验证GCC编译器是否已成功安装

gcc --version

输入命令后，显示GCC版本的信息，则说明GCC安装成功，如图8-5-1所示。

2.GCC编译过程

GCC的编译过程为：预处理→编译→汇编→链接。

• 预处理：预处理器将展开源文件中的宏。
• 编译：GCC将C文件编译成汇编文件。
• 汇编：AS将汇编文件编译成机器码。
• 链接：将目标文件和外部符号进行链接，得到一个可执行二进制文件。

3.GCC常用选项

• -c表示编译源文件不链接，生成目标文件（.o文件）。
• -S表示只编译不汇编，生成汇编代码。
• -E表示进行预编译，不做其他处理。
• -ofile表示输出目标文件。
• -g表示在目标文件中产生调试信息，用于GDB调试。
• -D<宏定义>编译时将宏定义传入。
• -Wall打开所有类型的警告。

4.GCC编译运行C程序

（1）运用Vim编程C程序

在Vim工具编写comuter.c程序，运用“vi”命令，编写C程序。如编写computer.c文件，命令如下：

vi computer.c

Vim工具打开以后默认进入的是命令模式，编写程序代码，也可以把写好的C程序代码复制到编辑区域里，如图8-5-2所示。

程序编辑好以后，按ESC键退出编辑模式，输入“:wq”即可保存修改的程序。

（2）编译C语言程序

语法：

$gcc[programName].c -o program Name.exe(或programName)

//-o表示输出为指定文件类型，将C语言程序编译为*.exe文件。

编译“computer.c”程序为computer可执行exe文件，如下图8-5-3所示。

（3）运行C语言程序

编译成功后，就可以运行程序，运行的命令语法如下：

./programName

运行computer.exe文件，如图8-5-4所示。

8.5.2Make和Makefile编译工具

在软件的工程中，源文件是不计其数的，其按照类型、功能、模块分别放在若干个目录中，哪些文件需要编译，哪些文件需要后编译，哪些文件需要重新编译，甚至进行更复杂的操作，这时就需要系统编译工具了。

在Linux和UNIX中，有一个强大的命令叫做Make，可以用它来管理多模块程序的编译和链接，直至生成可执行文件。Make命令读取一个说明文件，称为Makefile，Makefile文件中描述了整个软件工程的编译规则和各个文件之间的依赖关系。Makefile就像一个Shell脚本，其中可以执行操作系统的命令，它带来的好处就是能够实现“自动化编译”，一旦写好代码，只要一个Make命令，就可以完成自动编译，极大地提高了软件开发的效率。

1.Make命令

Make是一个命令，是一个解释Makefile中指令的命令，一般大多数IDE都有这个命令，使用Make命令可以使重新编译的次数达到最小化。执行Make命令时，需要一个Makefile文件，以告诉Make命令怎样编译和链接程序。

（1）Make命令的语法

make [选项][目标][宏定义]

选项含义如下：

-d：显示调试信息（debug）。

-f：指定Makefile文件。

-h：显示所有选项的简要说明（help）。

-n：非执行模式，输出所有执行命令，但并不执行。

-s：沉默模式，在执行之前不输出相应的命令行信息。

可以使用-h选项来了解更多的选项。

（2）Make命令工作方式

在默认方式下，就是只能输入Make命令。Make命令会在当前目录下找名字为Makefile或makefile的文件。

2.Makefile文件

什么是Makefile？很多Windows程序员都不知道这个文件，因为Windows的IDE可以做相应的工作。在UNIX下编译软件，就要自己写Makefile文件了，会不会写Makefile文件，从一个侧面说明了一个程序员是否具备完成大型工程的能力。

（1）为什么用Makefile文件

Makefile文件关系到整个工程的编译规则。在软件开发中，Make通常被视为一种软件构建工具。该工具主要经由读取一种名为makefile或Makefile的文件来实现软件的自动化建构。它会通过被称之为“target”概念来检查相关文件之间的依赖关系，这种依赖关系的检查系统非常简单，主要通过对比文件的修改时间来实现。在大多数情况下，Makefile主要用它来编译源代码，生成结果代码，然后把结果代码连接起来生成可执行文件或者库文件。

（2）Makefile文件的编写规则

当Make命令不带选项运行时，它从Makefile文件中读取指定规则，当指定的规则不同于其他文件时，就要运行带有-f选项的Make命令了。

make.fray.Makefile make –f make.fray.Makefile

Makefile文件的编写规则如下：

target...:prerequisites...
command
...
...

target是一个目标文件，可以是ObjectFile，也可以是执行文件，还可以是一个标签（Label）。prerequisites是要生成的那个target所需要的文件或目标。command是make需要执行的命令，它可以是任意的Shell命令。重要提示：命令列表中的每个命令必须要以<Tab>字符开始。

这是一个文件的依赖关系，也就是说target表示的目标文件依赖于prerequisites中的文件，其生成规则定义在command中。或者说，prerequisites中如果有一个以上的文件比target文件新，command所定义的命令就会被执行。这就是Makefile文件的规则，也就是Makefile文件最核心的内容。

【实例8-7】Make、Makefile、GCC综合实例

【步骤1】建立一个放置头文件的库函数address.h以备调用，代码如下：

vim address.h//建立头文件库函数
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
//放置一些常用的C语言头文件
void func();//

【步骤2】建立子函数，源文件取名address.c，代码如下：

vim address.c
#include "address.h"//调用头文件库函数
void func()
{
printf("hi hello world\n");
}

【步骤3】建立主函数main.c，代码如下：

vim main.c
#include "address.h"//同名文件夹，故使用双引号，直接调用
int main()
{
printf("hello\n");
func();//调用函数
return0;
}

【步骤4】建立makefile文件，并进行编译处理，代码如下：

//在终端上输入并建立makefile文件，将所有的编译命令放入其中，必须用vim编译器
vim makefile
//address为最终执行的文件名，冒号后是生成的所有可执行文件（.o文件）
address:main.o address.o 
gcc main.o address.o -o address
main.o:
gcc -c main.c -o main.o
address.o:address.c address.h
gcc -c -o address.oaddress.c

address.c为实现功能函数，address.h为头文件的库函数，main.c为主函数，makefile为放置所有编译命令的函数

【步骤5】完成上述工作后，在终端中执行下列操作，代码如下：

[root@localhost01]#make clean  //清空所有.o文件
rm –rf  *.o
[root@localhost01]#ls  //查看所有文件
//可见文件夹中没有.o文件
address address.c address.h  func.c main.c makefile
[root@localhost01]#make   //输入make进行编译
gcc  -c main.c –o main.o
gcc –c –o address.o  address.c
gcc main.o address.o -o address //成功编译出.o可执行文件
[root@localhost01]#ls
address address.c address.h address.o func.c main.c main.o makefile //查看，编译成功
[root@localhost01]# ./address  //直接运行（./加上要编译文件的名字）
hello
hi hello world//运行成功

8.5.3调试程序

任何一个程序员都无法宣称他编写的程序是完全正确的。几乎每一个稍微复杂一点的程序必须经过反复的调试、修改，最终才能完成。程序的调试在编程中是一项重要的技术。下面以VisualC++6.0工具调试C程序为例来介绍程序的调试过程。

1.程序的常见错误

程序中常见的错误有编译错误、运行时错误和逻辑错误。

编译错误是指程序在编译过程中出现的错误，由于编写代码不正确而产生非法使用或丢失关键字、遗漏某些必要的标点符号、函数调用缺少参数或传递不匹配的参数等错误。如for循环关键字写错，代码如下：

fore(int i=0;i<10;i++); //关键字fore书写错误

运行错误是指应用程序在运行期间执行了非法操作或某些操作失败，如打开的文件未找到、磁盘空间不足、网络连接断开、除法中除数为0等。

逻辑错误是指应用程序未按照预期的方式运行时所产生的错误。一般来讲，逻辑错误不是语法层面的错误，应用程序可以执行，但是得不到正确的结果。

2.调试的类别

调试的方法分为静态调试和动态调试。

程序的静态调试就是在程序编写完以后，由人代替计算机，对程序进行仔细检查，主要检查程序中的语法规则和逻辑结构的正确性。实践证明，有很大一部分错误可以通过静态调试来发现。通过静态调试，可以大大缩短上机调试的时间，提高上机调试的效率。

动态调试就是上机调试，它贯穿在编译、链接和运行的整个过程，根据程序编译、链接和运行时计算机给出的错误信息进行程序调试。程序调试中最常用的方法是初步动态调试，即通过分段隔离、设置断点、跟踪打印进行程序的调试。

（1）分段隔离

如果程序代码量比较大，可以把程序进行分段隔离，在运行前把一个函数或一段代码进行注释，再运行程序。

（2）设置断点

断点是调试应用程序时经常使用的一种方法，调试前必须在代码中插入断点。

在VisualC++6.0工具中，使用F9键设置断点，断点设置在怀疑有问题的函数处，红点即断点，按F10键单步执行程序进行调试。

（3）跟踪打印

有时可能需要查看程序内部一些变量的值，但是又不希望中断程序的执行。例如，调试一个网络协议栈，另一个程序可能在接收数据包，想查看数据包的格式，但如果中断程序的执行，会导致后续的数据包丢失。这种情况下，一般的做法就是在源代码里加一些日志记录代码，这样可以将一些变量的值记录下来，以便后续分析。如果日志在产品发布以后还需要，在源代码里加入这些日志代码是一个好办法，但是如果只是想临时查看一些变量的值，就需要通过监视断点来实现跟踪打印。比如VisualC++6.0工具的监视断点就做到在不修改程序源代码的前提下，在调试器窗口中打印一些变量的值。

8.5.4运行程序

程序调试、编译成功后，就可以运行程序了。在VisualC++6.0工具中运行简易计算器项目，单击“！”按钮，编译、链接成功，如图8-5-5所示。

编译、链接成功后，生成了“.exe”执行文件，弹出运行窗口，如图8-5-6所示，输入两个数，就可以进行加减乘除的计算了。

本章小结

本章以简易计算器项目为引导，介绍了软件开发过程、C/C++程序开发工具安装及应用、程序流程图设计、程序编写以及程序编译、调试及运行，重点介绍了编译命令Make和Makefile文件的应用。通过本章的学习，读者应能读懂程序代码，并可以编译、调试和运行代码。

本章习题

一、单项选择题

1.C语言源程序文件经过C编译程序编译、链接之后生成的文件后缀名为（ ）。

A.c

B.obj

C.exe

D.bas

2.下列数据中，不合法的C语言实型数据是（ ）。

A. 0.123

B.345e3

C.3.1e2.5

D.789.000

3.以下程序输出结果为（ ）。

#include <stdio.h>

void main()

{int x=10,y=10;

printf("%d%d\n",x--,y--)

}

A.1010

B.99

C.910

D.109

4.设有如下定义：

int x=10,y=3,z;

则语句

printf(“%d\n”,z=(x%y%,x/y);

的输出结果是（ ）。

A.1

B.0

C.4

D.3

5.GCC将C文件编译成（ ）。

A.目标文件

B.汇编文件

C.源文件

D.可执行文件

6.Make命令是（ ）。

A.翻译工具

B.汇编工具

C.编译工具

D.执行工具

二、多项选择题

1.下列（ ）是程序调试的方法。

A.设置断点

B.分段隔离

C.跟踪打印

D.注释

2.调试的方法分为（ ）。

A.静态调试

B.动态调试

C.分段调试

D.响应式调试

三、判断题

1.预处理命令前面必须加一个“#”号。（ ）

2.continue不是结束本次循环，而是终止整个循环的执行。（ ）

3.函数的实参传递到形参有两种方式，分别为值传递和地址传递。（ ）