第 12 章 编程

这里我给出一些 Debian 系统中的信息，帮助学习编程的人找出打包的源代码。下面是值得关注的软件包和与之对应的文档。

表 12.1. 帮助编程的软件包清单

安装 manpages 和 manpages-dev 包之后，可以通过运行“man 名称”查看手册页中的参考信息。安装了 GNU 工具的相关文档包之后，可以通过运行“info 程序名称”查看参考文档。某些 GFDL 协议的文档与 DFSG 并不兼容，所以你可能需要在 main 仓库中包含 contrib 和 non-free 才能下载并安装它们。

	警告
	不要用“test”作为可执行的测试文件的名字，因为 shell 中内建有“test”命令。

	小心
	你可以把从源代码编译得到的程序直接放到“/usr/local”或“/opt”目录，这样可以避免与系统程序撞车。

	提示
	“歌曲：99瓶啤酒”的代码示例可以给你提供实践各种语言的好范本。

12.1. Shell 脚本

Shell 脚本 是指包含有下面格式的可执行的文本文件。

#!/bin/sh
……命令行

第一行指明了读取并执行这个文件的 shell 解释器。

读懂 shell 脚本的最好 办法是先理解类 UNIX 系统是如何工作的。这里有一些 shell 编程的提示。看看“Shell 错误”（http://www.greenend.org.uk/rjk/2001/04/shell.html），可以从错误中学习。

不像 shell 交互模式（参见第 1.5 节 “简单 shell 命令” 和 第 1.6 节 “类 Unix 的文本处理”），shell 脚本会频繁使用参数、条件和循环等。

12.1.1. POSIX shell 兼容性

系统中的许多脚本都可以通过任意 POSIX shell（参见 表 1.13 “shell 程序列表”）来执行。系统的默认 shell 是“/bin/sh”，它是某个实际 shell 程序的链接。

• 对 lenny 或更老的系统来说，它是 bash(1)

• 对 squeeze 或更新的系统来说，它是 dash(1)

避免编写具有 bashisms（bash 化）或者 zshisms（zsh 化）语法的 shell 脚本，确保脚本在所有 POSIX shell 之间具有可移植性。你可以使用 checkbashisms(1) 对其进行检查。

表 12.2. 典型 bashism 语法列表

使用 “echo“ 命令的时候需要注意以下几个方面，因为根据内置 shell 和外部命令的不同，它的实现也有差别。

• 避免使用除“-n”以外的任何命令行选项。

• 避免在字符串中使用转义序列，因为根据 shell 不同，计算后的结果也不一样。

	注意
	尽管“-n”选项并不是 POSIX 语法，但它已被广泛接受。

	提示
	如果你想要在输出字符串中嵌入转义序列，用 “printf“ 命令替代 “echo“ 命令。

12.1.2. Shell 参数

特殊的 shell 参数经常在 shell 脚本里面被用到。

表 12.3. shell 参数列表

如下所示是需要记忆的基本的参数展开。

表 12.4. shell 参数展开列表

以上这些操作中 “:“ 实际上都是可选的。

• 有 “:“ 等于测试的 var 值是存在且非空

• 没有 “:“ 等于测试的 var 值只是存在的，可以为空

表 12.5. 重要的 shell 参数替换列表

12.1.3. Shell 条件语句

每个命令都会返回 退出状态，这可以被条件语句使用。

• 成功：0 (“True”)

• 失败：非0 (“False”)

	注意
	“0” 在 shell 条件语句中的意思是 “True”，然而 “0” 在 C 条件语句中的含义为 “False”。

	注意
	“[“ 跟 test 命令是等价的，它评估到 “]“ 之间的参数来作为一个条件表达式.

如下所示是需要记忆的基础 条件语法。

• “<command> && <if_success_run_this_command_too> || true“

• “<command> || <if_not_success_run_this_command_too> || true“

• 如下所示是多行脚本片段

if [ <conditional_expression> ]; then
 <if_success_run_this_command>
else
 <if_not_success_run_this_command>
fi

这里末尾的“|| true”是需要的，它可以保证这个 shell 脚本在不小心使用了“-e”选项而被调用时不会在该行意外地退出。

表 12.6. 在条件表达式中进行文件比较

表 12.7. 在条件表达式中进行字符串比较

算术整数的比较在条件表达式中为 “-eq“，”-ne“，”-lt“，”-le“，”-gt“ 和 “-ge“。

12.1.4. shell 循环

这里有几种可用于 POSIX shell 的循环形式。

• “for x in foo1 foo2 … ; do command ; done“，该循环会将 “foo1 foo2 …“ 赋予变量 “x“ 并执行 “command“。

• “while condition ; do command ; done“，当 “condition“ 为真时，会重复执行 “command“。

• “until condition ; do command ; done“，当 “condition“ 为假时，会重复执行 “command“。

• “break“ 可以用来退出循环。

• “continue“ 可以用来重新开始下一次循环。

	提示
	C 语言中的数值迭代可以用 seq(1) 实现来生成 “foo1 foo2 …“。

	提示
	参见 第 9.3.9 节 “使用文件循环来重复一个命令”。

12.1.5. shell 命令行的处理顺序

shell 大致以下列的顺序来处理一个脚本。

• shell 读取一行。

• 如果该行包含有"…" 或 '…'，shell 对该行各部分进行分组作为 一个标识（one token） （译注：one token 是指 shell 识别的一个结构单元）.

• shell 通过下列方式将行中的其它部分分隔进 标识（tokens）。

  • 空白字符：<空格> <tab> <换行符>

  • 元字符：< > | ; & ( )

• shell 会检查每一个不位于 "…" 或 '...' 的 token 中的 保留字 来调整它的行为。

  • 保留字：if then elif else fi for in while unless do done case esac

• shell 展开不位于 "…" 或 '...' 中的 别名。

• shell 展开不位于 "…" 或 '...' 中的 波浪线。

  • “~“ → 当前用户的家目录

  • “~<user>“ → <user> 的家目录

• shell 将不位于 '...' 中的 变量 展开为它的值。

  • 变量：”$PARAMETER“ 或 “${PARAMETER}“

• shell 展开不位于 '...' 中的 命令替换。

  • “$( command )“ → “command“ 的输出

  • “` command ` “ → “command“ 的输出

• shell 将不位于 "…" 或 '...' 中的 glob 路径 展开为匹配的文件名。

  • * → 任何字符

  • ? → 一个字符

  • […] → 任何位于 “…“ 中的字符

• shell 从下列几方面查找 命令 并执行。

  • 函数 定义

  • 内建命令

  • “$PATH” 中的可执行文件

• shell 前往下一行，并按照这个顺序从头再次进行处理。

双引号中的单引号是没有效果的。

在 shell 中执行 “set -x” 或使用 “-x” 选项启动 shell 可以让 shell 显示出所有执行的命令。这对调试来说是非常方便的。

12.1.6. 用于 shell 脚本的应用程序

为了使你的 shell 程序在 Debian 系统上尽可能地具有可移植性，你应该只使用 必要的 软件包所提供的应用程序。

• “aptitude search ~E“，列出 必要的 软件包。

• “dpkg -L <package_name> |grep '/man/man.*/'“，列出 <package_name> 软件包所提供的 man 手册。

表 12.8. 包含用于 shell 脚本的小型应用程序的软件包

	提示
	尽管 moreutils 可能不存在 Debian 之外，但它提供了一些有趣的小程序。最值得注意的一个是 sponge(8)，当你项覆盖原来的文件时，它会非常好用。

12.1.7. shell 脚本对话框

一个简单的 shell 程序的用户界面中，echo 和 read 命令的交互性较为一般，你可以使用对话程序等来提升交互性。

表 12.9. 用户界面程序列表

12.1.8. zenity 的 shell 脚本案例

下面是一个简单的脚本，它通过 dvdisaster(1) 创建了带有 RS02 补充数据的 ISO 映像。

#!/bin/sh -e
# gmkrs02 : Copyright (C) 2007 Osamu Aoki <osamu@debian.org>, Public Domain
#set -x
error_exit()
{
  echo "$1" >&2
  exit 1
}
# Initialize variables
DATA_ISO="$HOME/Desktop/iso-$$.img"
LABEL=$(date +%Y%m%d-%H%M%S-%Z)
if [ $# != 0 ] && [ -d "$1" ]; then
  DATA_SRC="$1"
else
  # Select directory for creating ISO image from folder on desktop
  DATA_SRC=$(zenity --file-selection --directory  \
    --title="Select the directory tree root to create ISO image") \
    || error_exit "Exit on directory selection"
fi
# Check size of archive
xterm -T "Check size $DATA_SRC" -e du -s $DATA_SRC/*
SIZE=$(($(du -s $DATA_SRC | awk '{print $1}')/1024))
if [ $SIZE -le 520 ] ; then
  zenity --info --title="Dvdisaster RS02" --width 640  --height 400 \
    --text="The data size is good for CD backup:\\n $SIZE MB"
elif [ $SIZE -le 3500 ]; then
  zenity --info --title="Dvdisaster RS02" --width 640  --height 400 \
    --text="The data size is good for DVD backup :\\n $SIZE MB"
else
  zenity --info --title="Dvdisaster RS02" --width 640  --height 400 \
    --text="The data size is too big to backup : $SIZE MB"
  error_exit "The data size is too big to backup :\\n $SIZE MB"
fi
# only xterm is sure to have working -e option
# Create raw ISO image
rm -f "$DATA_ISO" || true
xterm -T "genisoimage $DATA_ISO" \
  -e genisoimage -r -J -V "$LABEL" -o "$DATA_ISO" "$DATA_SRC"
# Create RS02 supplemental redundancy
xterm -T "dvdisaster $DATA_ISO" -e  dvdisaster -i "$DATA_ISO" -mRS02 -c
zenity --info --title="Dvdisaster RS02" --width 640  --height 400 \
  --text="ISO/RS02 data ($SIZE MB) \\n created at: $DATA_ISO"
# EOF

你可能想要在桌面创建一个启动器，其中的命令设置为类似 “/usr/local/bin/gmkrs02 %d” 的形式。

12.2. make

Make) 是一个维护程序组的工具。一旦执行 make(1)，make 会读取规则文件 Makefile，自从上次目标文件被修改后，如果目标文件依赖的相关文件发生了改变，那么就会更新目标文件，或者目标文件不存在，那么这些文件更新可能会同时发生。

规则文件的语法如下所示。

目标：[相关文件 ...]
[TAB] 命令1
[TAB] -命令2 # 忽略错误
[TAB] @命令3 # 禁止回显

这里面的 “[TAB]“ 是一个 TAB 代码。每一行在进行变量替换以后会被 shell 解释。在行末使用 “\“ 来继续此脚本。使用 “$$“ 输入 “$“ 来获得 shell 脚本中的环境变量值。

目标跟相关文件也可以通过隐式规则给出，例如，如下所示。

%.o: %.c header.h

在这里，目标包含了 “%“ 字符 (只是它们中确切的某一个）。”%“ 字符能够匹配实际的目标文件中任意一个非空的子串。相关文件同样使用 “%“ 来表明它们是怎样与目标文件建立联系的。

表 12.10. 自动变量的列表

表 12.11. 变量扩展的列表

运行 “make -p -f/dev/null“ 命令来查看内部自动化的规则。

12.3. C

你可以通过下列方法设置适当的环境来编译使用 C 编程语言编写的程序。

# apt-get install glibc-doc manpages-dev libc6-dev gcc build-essential

libc6-dev 软件包，即 GNU C 库，提供了 C 标准库，它包含了 C 编程语言所使用的头文件和库例程。

参考信息如下。

• “info libc”（C 库函数参考）

• gcc(1) 和 “info gcc”

• each_C_library_function_name(3)

• Kernighan & Ritchie，“C 程序设计语言”，第二版（Prentice Hall）

12.3.1. 简单的 C 程序（gcc）

一个简单的例子 “example.c” 可以通过如下方式和 “libm” 库一起编译为可执行程序 “run_example”。

$ cat > example.c << EOF
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char **argv, char **envp){
        double x;
        char y[11];
        x=sqrt(argc+7.5);
        strncpy(y, argv[0], 10); /* prevent buffer overflow */
        y[10] = '\0'; /* fill to make sure string ends with '\0' */
        printf("%5i, %5.3f, %10s, %10s\n", argc, x, y, argv[1]);
        return 0;
}
EOF
$ gcc -Wall -g -o run_example example.c -lm
$ ./run_example
        1, 2.915, ./run_exam,     (null)
$ ./run_example 1234567890qwerty
        2, 3.082, ./run_exam, 1234567890qwerty

为了使用 sqrt(3)，必须使用 “-lm” 链接来自 libc6 软件包的库 “/usr/lib/libm.so”。实际的库文件位于 “/lib/”，文件名为 “libm.so.6”，它是指向 “libm-2.7.so” 的一个链接。

请看一下输出文本的最后一段。即使指定了 “%10s”，它依旧超出了 10 个字符。

使用没有边界检查的指针内存操作函数，比如 sprintf(3) 和 strcpy(3), 是不建议使用，是为防止缓存溢出泄露而导致上面的溢出问题。请使用 snprintf(3) 和 strncpy(3) 来替代.

12.4. 调试

调试是程序中很重要的一部分。知道怎样去调试程序使得作为 Debian 使用者的你, 能够做出有意义的错误报告。

12.4.1. 基本的 gdb 使用命令

Debian 上原始的调试器是 gdb(1), 它能让你在程序执行的时候检查程序。

让我们通过如下所示的命令来安装 gdb 及其相关程序。

# apt-get install gdb gdb-doc build-essential devscripts

gdb 的好的教程由 “info gdb“ 提供或者可以在网上的其他地方找到。如下是用 gdb(1) 在”程序“带有 “-g“ 选项编译的时候来产生调试信息。

$ gdb program
(gdb) b 1                # 在第一行设置断点
(gdb) run args           # 带参数运行程序
(gdb) next               # 执行下一步
...
(gdb) step               # 单步进入
...
(gdb) p parm             # 打印 parm 的值
...
(gdb) p parm=12          # 把值设为 12
...
(gdb) quit

	提示
	许多 gdb(1) 命令都能被缩写。Tab 扩展跟在 shell 一样都能工作。

12.4.2. 调试 Debian 软件包

因为在 Debian 系统上默认所有已安装的二进制程序都是精简的，绝大多数的调试符号已经从常规的软件包中移除了。为了能用 gdb(1) 调试 Debian 软件包，相对应的 *-dbg 软件包或 *-dbgsym 软件包需要被安装 (例如 libc6 需要安装 libc6-dbg，coreutils 需要安装 coreutils-dbgsym)。

老式的软件包将提供相应的 *-dbg 软件包。它将和原始软件包一起，直接放在 Debian main 档案库。对于新的软件包，当它们编译时，将会自动产生 *-dbgsym 软件包，那些调试软件包将被独立放在 debian-debug 档案库. 更多信息请参阅 Debian Wiki 文档 .

如果一个需要被调试的软件包没有提供其 *-dbg 软件包或 *-dbgsym 软件包，你需要按如下所示的从源代码中重构并且安装它。

$ mkdir /path/new ; cd /path/new
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get dist-upgrade
$ sudo apt-get install fakeroot devscripts build-essential
$ apt-get source package_name
$ cd package_name*
$ sudo apt-get build-dep ./

按需修改 bug。

软件包调试版本跟它的官方 Debian 版本不冲突，例如当重新编译已存在的软件包版本产生的 “+debug1“ 后缀，如下所示是编译未发行的软件包版本产生的 “~pre1“ 后缀。

$ dch -i

如下所示编译并安装带有调试符号的软件包。

$ export DEB_BUILD_OPTIONS=nostrip noopt
$ debuild
$ cd ..
$ sudo debi package_name*.changes

你需要检查软件包的构建脚本并确保编译二进制的时候使用了 “CFLAGS=-g -Wall“ 选项。

12.4.3. 获得栈帧

当你碰到程序崩溃的时候，报告 bug 时附上栈帧信息是个不错的注意。

如下所示的步骤就可以取得栈帧信息。

• 在 gdb(1) 中运行程序。

• 重现崩溃。

  • 它使得你重新回到 gdb 提示符。

• 在 gdb 提示符后输入 “bt“。

程序在终端中的 gdb 环境运行时，如果它没反应，你可以按下 Ctrl-C来中止程序来取得 gdb 提示符。

	提示
	通常，你会看到堆栈顶部有一行或者多行有 “malloc()“ 或 “gmalloc()“.当这个出现的时候，你的堆栈不是非常有用的。找到一些有用信息的一个简单方法是设置环境变量 “$MALLOC_CHECK“ 的值为 2 (malloc(3)).你可以通过下面的方式在运行 gdb 时设置。

 $ MALLOC_CHECK_=2 gdb hello

12.4.4. 高级 gdb 命令

表 12.12. 高级 gdb 命令列表

12.4.5. 调试与 X 相关的错误

如果一个 GNOME 程序 preview1 收到了一个 X 错误，您应当看见一条下面这样的信息。

'preview1' 程序出现 X 桌面系统错误。

如果就是这种情况，你可以尝试在运行程序的时候加上 “--sync“ 选项，并且在 “gdk_x_error“ 函数处设置中断来获得栈帧信息。

12.4.6. 检查库依赖性

按如下所示使用 ldd(1) 来找出程序的库依赖性。

$ ldd /bin/ls
        librt.so.1 => /lib/librt.so.1 (0x4001e000)
        libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x40030000)
        libpthread.so.0 => /lib/libpthread.so.0 (0x40153000)
        /lib/ld-linux.so.2 => /lib/ld-linux.so.2 (0x40000000)

因为 ls(1) 运行在 `chroot`ed 环境，以上的库在 `chroot`ed 环境也必须是可用的。

参见 第 9.3.6 节 “跟踪程序活动”。

12.4.7. 内存泄漏检测工具

Debian 上有一些可用的内存泄漏检测工具。

表 12.13. 内存泄漏检测工具的列表

12.4.8. 静态代码分析工具

如下是类似 lint 的静态代码分析工具。

表 12.14. 静态代码分析工具的列表

12.4.9. 反汇编二进制程序

你可以使用下面的方式通过 objdump(1) 反编译二进制代码。

$  objdump -m i386 -b binary -D /usr/lib/grub/x86_64-pc/stage1

	注意
	gdb(1) 可以用来交互式反汇编代码。

12.5. Flex — 一个更好的 Lex

Flex 是兼容 Lex 的快速语法分析程序生成器。

可以使用 “info flex” 查看 flex(1) 的教程。

你需要提供你自己的 “main()“ 和 “yywrap()“.否则，你的 flex 程序，看起来像这样的，编译的时候将不会带库。这是因为 “yywrap“ 是一个宏， “%option main“ 隐性打开了 “%option noyywrap“.

%option main
%%
.|\n    ECHO ;
%%

另外一种方法，在你的 cc(1) 命令行结尾，你可以使用编译链接器选项，”-lfl“。(像使用 “-ll“ 的 AT&T-Lex ). 在这种情况下，不需要 “%option“.

12.6. Bison — 一个更好的 Yacc

在 Debian 里，有几个软件包提供 Yacc兼容的前瞻性的 LR 解析 或 LALR 解析的生成器。

表 12.15. 兼容 Yacc 的 LALR 解析器生成器列表

可以使用 “info bison” 查看 bison(1) 的教程。

你需要提供你自己的的 “main()“ 和 “yyerror()“.通常，Flex 创建的 “main()“ 调用 “yyparse()“，它又调用了 “yylex()“.

%%
%%

12.7. Autoconf

autoconf 是一种用于自动生成软件源代码包配置 shell 脚本的工具，以适应使用完整 GNU 构建系统的各种类 Unix 系统。

autoconf(1) 生成配置脚本 “configure”。“configure” 使用 “Makefile.in” 模板自动生成一个自定义的 “Makefile”。

12.7.1. 编译并安装程序

	警告
	当你安装编译好的程序的时候，注意不要覆盖系统文件。

Debian 不会在 “/usr/local“ 或 “/opt“ 目录下创建文件。如果你想要源码编译程序，把它安装到 “/usr/local/“ 目录下，因为这并不会影响到 Debian。

$ cd src
$ ./configure --prefix=/usr/local
$ make
$ make install # 这一步是把文件安装到系统上

12.7.2. 卸载程序

如果你有源码并且它使用 autoconf(1)/automake(1)，如果你能记得你是怎样配置它的话，执行如下的命令来卸载程序。

$ ./configure "all-of-the-options-you-gave-it"
# make uninstall

或者，如果你十分确信安装进程把文件都放在了 “/usr/local/“ 下并且这里没什么重要的东西，你可以通过如下的命令来清除它所有的内容。

# find /usr/local -type f -print0 | xargs -0 rm -f

如果你不确定文件被安装到了哪里，你可以考虑使用 checkinstall 软件包中的 checkinstall(8)，它将会提供一个清晰的卸载路径。现在，它支持创建带有 “-D” 选项的 Debian 软件包。

12.8. Perl 短脚本的疯狂

虽然任何 AWK 脚本都可以通过 a2p(1) 转换成 Perl，但单行的 AWK 脚本最好还是手动转换为单行的 Perl 脚本。

让我们来看看下面这个 AWK 脚本片段。

awk '($2=="1957") { print $3 }' |

这等价于下列的任意一行。

perl -ne '@f=split; if ($f[1] eq "1957") { print "$f[2]\n"}' |

perl -ne 'if ((@f=split)[1] eq "1957") { print "$f[2]\n"}' |

perl -ne '@f=split; print $f[2] if ( $f[1]==1957 )' |

perl -lane 'print $F[2] if $F[1] eq "1957"' |

perl -lane 'print$F[2]if$F[1]eq+1957' |

最后一个简直就是个迷。它用上了下面列出的这些 Perl 的特性。

• 空格为可选项。

• 存在从数字到字符串的自动转换。

更多的命令行选项参见 perlrun(1)。想要更疯狂的 Perl 脚本，可以使用 Perl Golf。

12.9. Web

基本的动态交互网页可由如下方法制作。

• 呈现给浏览器用户的是 HTML 形式。

• 填充并点击表单条目将会从浏览器向 web 服务器发送带有编码参数的下列 URL 字符串之一。

  • “http://www.foo.dom/cgi-bin/program.pl?VAR1=VAL1&VAR2=VAL2&VAR3=VAL3“

  • “http://www.foo.dom/cgi-bin/program.py?VAR1=VAL1&VAR2=VAL2&VAR3=VAL3“

  • “http://www.foo.dom/program.php?VAR1=VAL1&VAR2=VAL2&VAR3=VAL3“

• 在 URL 里面 “%nn“ 是使用一个 16 进制字符的 nn 值代替。

• 环境变量设置为: “QUERY_STRING="VAR1=VAL1 VAR2=VAL2 VAR3=VAL3"“.

• Web服务器上的CGI程序 (任何一个 “program.*“)在执行时，都会使用”$QUERY_STRING“环境变量.

• CGI 程序的 stdout发送到浏览器，作为交互式的动态 web 页面展示。

出于安全考虑，最好不要自己从头编写解析CGI参数的手艺. 在Perl和Python中有现有的模块可以使用. PHP 中包含这些功能. 当需要客户端数据存储时, 可使用HTTP cookies . 当需要处理客户端数据时, 通常使用Javascript.

更多信息，参见 通用网关接口, Apache 软件基金会, 和 JavaScript.

直接在浏览器地址中输入 http://www.google.com/search?hl=en&ie=UTF-8&q=CGI+tutorial 就可以在 Google 上搜索 “CGI tutorial”。这是在 Google 服务器上查看 CGI 脚本运行的好方法。

12.10. 源代码转换

源代码转换程序。

表 12.16. 源代码转换工具列表

12.11. 制作 Debian 包

如果你想制作一个 Debian 包，阅读下面内容。

• 第 2 章 Debian 软件包管理 理解基本的包管理系统

• 第 2.7.13 节 “移植一个软件包到 stable 系统” 理解基本的移植过程

• 第 9.10.4 节 “Chroot 系统” 理解基本的 chroot 技术

• debuild(1), pbuilder(1) 和 pdebuild(1)

• 第 12.4.2 节 “调试 Debian 软件包” 编译和除错

• Debian 新维护者指引 作为一个教程(maint-guide 包)

• Debian 开发者参考手册 (developers-reference 包)

• Debian 策略手册 (debian-policy 包)

• Debian 维护者指南 (debmake-doc 包)

debmake, dh-make, dh-make-perl 等软件包，对软件包打包过程，也有帮助。