2012年1月19日 星期四

在 Linux 下開發 C/C++ 的新手指南

新加入一個專案,最先面對的課題是如何正確地編譯和執行專案,可從 "It works on my machine" 如此地風行,印證這件事的困難性;再來則是閱讀負責工作相關的程式碼。至於發揮程式語言的特性,運用高階設計模式等,都是另開新專案或熟悉狀況後才有機會發揮。

過去數年沉浸在愉快的 scripting language 和開發新專案中,一直沒踏入這殘酷的世界。這篇記錄在這樣的情境下,可能需要的技能,結算一下這一個多月的心得,全都是血淚談啊 ...。

系統工具

熟悉作業系統的安裝套件是首要之務,這樣才知道如何補足需要的 header、library,或是安裝含 debug symbol 版的函式庫以執行 gdb 觀察程式或除錯。參見《自行編譯含 debug symbol 的套件 (package)》了解 Ubuntu/Debian 下的套件命名規則。

在未安裝套件的情況下,可用

  • aptitude search SUBSTRING # 找套件
  • aptitude show PACKAGE # 顯示套件用途
  • apt-file search X # 找出 X 包在那個套件裡,找 header 時很有用。

注意在用 apt-file 前要先跑 sudo apt-file update,不然搜不出東西來。

對於已安裝套件,可用

  • dpkg --search SUBSTRING # 找出安裝在那個套件,已知 header 時,適合用來找 library
  • dpkg -L PACKAGE # 列出套件內容,可用來找 header、library
  • locate SUBSTRING # 我比較常用它找 header 的位置,再觀看 header 內容

執行 locate 前記得先執行 sudo updatedb,原因同 apt-file。

《除錯技巧:在 Ubuntu 上找出第三方函式庫的程式碼》用一個小例子說明如何使用這些工具找出原始碼協助除錯。

其它參考資料: How To Manage Packages Using apt-get, apt-cache, apt-file and dpkg Commands ( With 13 Practical Examples )

編譯

連結

這一塊讓我卡了一陣子。一些粗淺心得:

執行

光只是讀程式碼就像大海撈針一樣,不太有效率。可從動態執行過程找出主要執行的路徑,再專注相關的程式碼。

1. strace 和 ltrace

srace 是分析執行行為的強大工具,google 一下會看到很多別人的個案心得,看看再自己試一試,很快能上手,不知能發揮它多少功能。這裡列自己用的兩個小案例:

反而是 ltrace 一直都想不到使用它的時機,也沒找到好的個案心得文。

2. gdb

gdb 的重要性不需多說明,之前的幾則心得:

強烈建議使用 cgdb,簡易安裝 + 無痛上手,瞬間省下大量操作和讀碼的時間。

3. 打開除錯功能

依照開發者的習性,一定會留後門讓自己方便除錯,從這角度下手也可省下不少時間:

4. 載入函式庫

除以上所言外,我另外有找過畫出程式流程的靜態和動態分析工具,像是畫 call graph 或是 C 的 cflow。不過 C++ 的靜態分析效果很糟,就沒花太多時間研究。目前用 strace 和 gdb 覺得已夠用了,不知用工具產生 call graph、class 相依圖或其它東西,是否會更有幫助。待有需求看整體的程式時再來試試。

閱讀程式碼

聽了大家的建議後,做了一些實際操作,而有些心得:

Eclipse CDT 雖然方便,後來我還是用 gj 居多。原因有幾點:

  • 我已很習慣用 vim + screen 做事,gj 最合這個情境
  • id-utils 真的是超級快
  • 我針對自己的需求更新 gj 多次,愈用愈順手

另外 ack 也滿方便的,懶得建 index 或是想比對子字串時,可直接使用。當然 id-utils 也支援子字串比對,只是暫時懶得為此修改 gj 的程式,目前大部份需求是找完整的 symbol。

熟悉 Linux 系統程式

在基本工具都上手後,打算每天抽一點時間加減讀一點相關知識。一兩年下來應該會有不錯的成果。目前打算讀《The Linux Programming Interface》,年假時試看看效果如何。

這一個月的心得以了解 /proc 為主,對觀察 CPU 用量、RAM 用量、載入那些函式庫、multi-thread、程式執行狀態等都很有幫助:

結論

即使大概知道有那些東西,還是需要實際動手的經驗,才會真的學進去。一個月下來進步了不少,不過對於要面對的戰役,還有一大段路要趕上,還有很多很多要學的。

2012-01-29 更新

補上一些後來新寫的連結。此外,《The Linux Programming Interface》 相當實用,讀 ch1 ~ 3 讓我補足不少基礎知識。ch41、42 講解 shared library 也相當值得一看。相關心得見《The Linux Programming Interface 讀書心得》

2013-07-13 更新

備忘效能分析相關的工具:

出處:Linux Performance Analysis and Tools

2013-07-20 更新

將後半部份內容抽出來,另寫了一篇比較完整的文章:《了解 C/C++ 程式行為的技巧》。