C模块化编程

¶基本概念

模块化编程(多文件开发): 多文件(.c文件)编程,一个 .c 文件和一个 .h 文件可以被称为一个模块。

C++程序通常由许多文件组成，为了让多个文件访问相同的变量，C++区分了声明和定义。

变量的定义（definition）用于为变量分配存储空间，还可以为变量指定初始值。在程序中，变量有且仅有一个定义。

声明（declaration）用于向程序表明变量的类型和名字。

定义也是声明：当定义变量的时候我们声明了它的类型和名字。

可以通过使用extern声明变量名而不定义它。

 extern int i;       //声明，不是定义
int i;              //声明，也是定义，未初始化

extern声明不是定义，也不分配存储空间。事实上它只是说明变量定义在程序的其他地方。程序中变量可以声明多次，但只能定义一次(模块内声明,模块外声明).

如果声明有初始化式，那么它可被当作是定义，即使声明标记为extern。

只有当extern声明位于函数外部时，才可以被初始化。

extern double pi=3.141592654;  //定义

不要把变量定义放入.h文件，这样容易导致重复定义错误。

尽量使用static关键字把变量定义限制于该源文件作用域，除非变量被设计成全局的。

¶实例

假设我们要做这样一件事:

在主模块m模块中定义一个a[10]
在b模块中将a中的每个元素加1
在c模块中把a中的每个元素打印出来

且参数传递使用全局变量,而不是函数传参.实现代码如下

 // m.c
#include "a.h"
#include "b.h"
int a[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
int main()
{
    plusone();
    print_a();
    return 0;
}
// a.h
extern int a[10];
void plusone(void);
// a.c
#include "a.h"
void plusone(void)
{
    for(int i=0;i<10;i++)
    {
        a[i]+=1;
    }
}
// b.h
#include <stdio.h>
extern int a[10];
void print_a(void)
{
    for(int i=0;i<10;i++)
    {
        printf("%d\n",a[i]);
    }
}

结果如下

  ~/simplefs>gcc m.c a.c -o m
 ~/simplefs>/m
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

¶编译和反编译

gcc

一步到位编译：

gcc hello.c -o hello

如果在参数中加上-g参数可以参数调试信息.

预处理,仅执行编译预处理

gcc -E hello.c -o hello.i

编译为汇编代码

gcc -S hello.c(.i) -o hello.s

仅执行编译操作，不进行连接操作

gcc -c hello.c -o hello.o

连接

gcc hello.o -o hello

-o:将结果输出并指定输出文件的文件名

-O0、-O1、-O2、-O3:编译优化选项的四个级别，-O0 表示没有优化, -O1 为默认值，-O3 优化级别最高

-g：只是编译器，在编译的时候，产生调试信息

下面针对两个文件a.c和m.c做例子,如下所示

 // a.c
#include<unistd.h>
#include<string.h>
void a(char* s)
{
    write(1,s,string);
}

 // m.c
extern void a(char *);
int main()
{
    static char string[]="Hello World!\n";
    a(string);
}

预处理

gcc -E a.c -o a.i

产生的a.i内容有1614行,如下所示.

# 1 "a.c"
# 1 "/home/misaka7690/simplefs//"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<command-line>" 2
# 1 "a.c"
# 1 "/usr/include/unistd.h" 1 3 4
# 25 "/usr/include/unistd.h" 3 4
# 1 "/usr/include/features.h" 1 3 4
# 367 "/usr/include/features.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/sys/cdefs.h" 1 3 4
# 410 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/sys/cdefs.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/wordsize.h" 1 3 4
# 411 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/sys/cdefs.h" 2 3 4
# 368 "/usr/include/features.h" 2 3 4
# 391 "/usr/include/features.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs.h" 1 3 4
# 10 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs-64.h" 1 3 4
# 11 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/gnu/stubs.h" 2 3 4
# 392 "/usr/include/features.h" 2 3 4
# 26 "/usr/include/unistd.h" 2 3 4


# 205 "/usr/include/unistd.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/posix_opt.h" 1 3 4
# 206 "/usr/include/unistd.h" 2 3 4



# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/environments.h" 1 3 4
# 22 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/environments.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/wordsize.h" 1 3 4
# 23 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/environments.h" 2 3 4
# 210 "/usr/include/unistd.h" 2 3 4
# 220 "/usr/include/unistd.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types.h" 1 3 4
# 27 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types.h" 3 4
# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/wordsize.h" 1 3 4
# 28 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types.h" 2 3 4



# 30 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types.h" 3 4
typedef unsigned char __u_char;
typedef unsigned short int __u_short;
typedef unsigned int __u_int;
typedef unsigned long int __u_long;

// 省略了1000多行


extern char *__stpncpy (char *__restrict __dest,
   const char *__restrict __src, size_t __n)
     __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__)) __attribute__ ((__nonnull__ (1, 2)));
extern char *stpncpy (char *__restrict __dest,
        const char *__restrict __src, size_t __n)
     __attribute__ ((__nothrow__ , __leaf__)) __attribute__ ((__nonnull__ (1, 2)));
# 658 "/usr/include/string.h" 3 4

# 3 "a.c" 2

# 3 "a.c"
int s=1;
void a(char* s)
{
    write(1,s,s);
}

其中以#开头的内容表示# linenum filename flags,后面的flags表示的含义为

1: 这表示新文件的开始。
2: 这表示返回一个文件（包含另一个文件之后）
3: 这表明以下文本来自系统头文件，因此应禁止某些警告。
4: 这表明以下文本应被视为包含在隐式extern“ C”块中。

转为汇编代码,以下是m.c的执行结果,以注释的方式加以理解

	.file	"m.c"
	.text
	.globl	main
	.type	main, @function
main:
.LFB0:
	.cfi_startproc
	pushq	%rbp
	.cfi_def_cfa_offset 16
	.cfi_offset 6, -16
	movq	%rsp, %rbp
	.cfi_def_cfa_register 6
	subq	$16, %rsp
	movl	s(%rip), %eax
	movl	%eax, -4(%rbp)
	movl	$string.1835, %edi
	call	a
	movl	$0, %eax
	leave
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc
.LFE0:
	.size	main, .-main
	.data
	.align 8
	.type	string.1835, @object
	.size	string.1835, 14
string.1835:
	.string	"Hello World!\n"
	.ident	"GCC: (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.12) 5.4.0 20160609"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits

objdump

objdump命令是Linux下的反汇编目标文件或者可执行文件的命令，它以一种可阅读的格式让你更多地了解二进制文件可能带有的附加信息。

参数选项

 --archive-headers 
-a 
显示档案库的成员信息,类似ls -l将lib*.a的信息列出。 
 
-b bfdname 
--target=bfdname 
指定目标码格式。这不是必须的，objdump能自动识别许多格式，比如： 
 
objdump -b oasys -m vax -h fu.o 
显示fu.o的头部摘要信息，明确指出该文件是Vax系统下用Oasys编译器生成的目标文件。objdump -i将给出这里可以指定的目标码格式列表。 
 
-C 
--demangle 
将底层的符号名解码成用户级名字，除了去掉所开头的下划线之外，还使得C++函数名以可理解的方式显示出来。 
 
--debugging 
-g 
显示调试信息。企图解析保存在文件中的调试信息并以C语言的语法显示出来。仅仅支持某些类型的调试信息。有些其他的格式被readelf -w支持。 
 
-e 
--debugging-tags 
类似-g选项，但是生成的信息是和ctags工具相兼容的格式。 
 
--disassemble 
-d 
从objfile中反汇编那些特定指令机器码的section。 
 
-D 
--disassemble-all 
与 -d 类似，但反汇编所有section. 
 
--prefix-addresses 
反汇编的时候，显示每一行的完整地址。这是一种比较老的反汇编格式。 
 
-EB 
-EL 
--endian={big|little} 
指定目标文件的小端。这个项将影响反汇编出来的指令。在反汇编的文件没描述小端信息的时候用。例如S-records. 
 
-f 
--file-headers 
显示objfile中每个文件的整体头部摘要信息。 
 
-h 
--section-headers 
--headers 
显示目标文件各个section的头部摘要信息。 
 
-H 
--help 
简短的帮助信息。 
 
-i 
--info 
显示对于 -b 或者 -m 选项可用的架构和目标格式列表。 
 
-j name
--section=name 
仅仅显示指定名称为name的section的信息 
 
-l
--line-numbers 
用文件名和行号标注相应的目标代码，仅仅和-d、-D或者-r一起使用使用-ld和使用-d的区别不是很大，在源码级调试的时候有用，要求编译时使用了-g之类的调试编译选项。 
 
-m machine 
--architecture=machine 
指定反汇编目标文件时使用的架构，当待反汇编文件本身没描述架构信息的时候(比如S-records)，这个选项很有用。可以用-i选项列出这里能够指定的架构. 
 
--reloc 
-r 
显示文件的重定位入口。如果和-d或者-D一起使用，重定位部分以反汇编后的格式显示出来。 
 
--dynamic-reloc 
-R 
显示文件的动态重定位入口，仅仅对于动态目标文件意义，比如某些共享库。 
 
-s 
--full-contents 
显示指定section的完整内容。默认所有的非空section都会被显示。 
 
-S 
--source 
尽可能反汇编出源代码，尤其当编译的时候指定了-g这种调试参数时，效果比较明显。隐含了-d参数。 
 
--show-raw-insn 
反汇编的时候，显示每条汇编指令对应的机器码，如不指定--prefix-addresses，这将是缺省选项。 
 
--no-show-raw-insn 
反汇编时，不显示汇编指令的机器码，如不指定--prefix-addresses，这将是缺省选项。 
 
--start-address=address 
从指定地址开始显示数据，该选项影响-d、-r和-s选项的输出。 
 
--stop-address=address 
显示数据直到指定地址为止，该项影响-d、-r和-s选项的输出。 
 
-t 
--syms 
显示文件的符号表入口。类似于nm -s提供的信息 
 
-T 
--dynamic-syms 
显示文件的动态符号表入口，仅仅对动态目标文件意义，比如某些共享库。它显示的信息类似于 nm -D|--dynamic 显示的信息。 
 
-V 
--version 
版本信息 
 
--all-headers 
-x 
显示所可用的头信息，包括符号表、重定位入口。-x 等价于-a -f -h -r -t 同时指定。 
 
-z 
--disassemble-zeroes 
一般反汇编输出将省略大块的零，该选项使得这些零块也被反汇编。 
 
@file 
可以将选项集中到一个文件中，然后使用这个@file选项载入。

符号表字段

 .text：已编译程序的机器代码。
.rodata：只读数据，比如printf语句中的格式串和开关（switch）语句的跳转表。
.data：已初始化的全局C变量。局部C变量在运行时被保存在栈中，既不出现在.data中，也不出现在.bss节中。
.bss：未初始化的全局C变量。在目标文件中这个节不占据实际的空间，它仅仅是一个占位符。目标文件格式区分初始化和未初始化变量是为了空间效率在：在目标文件中，未初始化变量不需要占据任何实际的磁盘空间。
.symtab：一个符号表（symbol table），它存放在程序中被定义和引用的函数和全局变量的信息。一些程序员错误地认为必须通过-g选项来编译一个程序，得到符号表信息。实际上，每个可重定位目标文件在.symtab中都有一张符号表。然而，和编译器中的符号表不同，.symtab符号表不包含局部变量的表目。
.rel.text：当链接噐把这个目标文件和其他文件结合时，.text节中的许多位置都需要修改。一般而言，任何调用外部函数或者引用全局变量的指令都需要修改。另一方面调用本地函数的指令则不需要修改。注意，可执行目标文件中并不需要重定位信息，因此通常省略，除非使用者显式地指示链接器包含这些信息。
.rel.data：被模块定义或引用的任何全局变量的信息。一般而言，任何已初始化全局变量的初始值是全局变量或者外部定义函数的地址都需要被修改。
.debug：一个调试符号表，其有些表目是程序中定义的局部变量和类型定义，有些表目是程序中定义和引用的全局变量，有些是原始的C源文件。只有以-g选项调用编译驱动程序时，才会得到这张表。
.line：原始C源程序中的行号和.text节中机器指令之间的映射。只有以-g选项调用编译驱动程序时，才会得到这张表。
.strtab：一个字符串表，其内容包括.symtab和.debug节中的符号表，以及节头部中的节名字。字符串表就是以null结尾的字符串序列。

使用举例

反汇编应用程序

objdump -d  main.o

显示文件头信息

objdump -f main.o

显示制定section段信息(comment段)

objdump -s -j .comment main.o

例子

对由m.c编译出的m.o执行objdump -d main.o,结果如下


m.o:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text:

0000000000000000 <main>:
   0:	55                   	push   %rbp
   1:	48 89 e5             	mov    %rsp,%rbp
   4:	bf 00 00 00 00       	mov    $0x0,%edi
   9:	e8 00 00 00 00       	callq  e <main+0xe>
   e:	b8 00 00 00 00       	mov    $0x0,%eax
  13:	5d                   	pop    %rbp
  14:	c3                   	retq

¶基本概念

¶实例

¶编译和反编译

markdown画图

计算机系统结构笔记(一)

misaka7690

	extern int i; //声明，不是定义
	int i; //声明，也是定义，未初始化

	// m.c
	#include "a.h"
	#include "b.h"
	int a[10]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	int main()
	{
	plusone();
	print_a();
	return 0;
	}
	// a.h
	extern int a[10];
	void plusone(void);
	// a.c
	#include "a.h"
	void plusone(void)
	{
	for(int i=0;i<10;i++)
	{
	a[i]+=1;
	}
	}
	// b.h
	#include <stdio.h>
	extern int a[10];
	void print_a(void)
	{
	for(int i=0;i<10;i++)
	{
	printf("%d\n",a[i]);
	}
	}

	// a.c
	#include<unistd.h>
	#include<string.h>
	void a(char* s)
	{
	write(1,s,string);
	}

	// m.c
	extern void a(char *);
	int main()
	{
	static char string[]="Hello World!\n";
	a(string);
	}

	--archive-headers
	-a
	显示档案库的成员信息,类似ls -l将lib*.a的信息列出。

	-b bfdname
	--target=bfdname
	指定目标码格式。这不是必须的，objdump能自动识别许多格式，比如：

	objdump -b oasys -m vax -h fu.o
	显示fu.o的头部摘要信息，明确指出该文件是Vax系统下用Oasys编译器生成的目标文件。objdump -i将给出这里可以指定的目标码格式列表。

	-C
	--demangle
	将底层的符号名解码成用户级名字，除了去掉所开头的下划线之外，还使得C++函数名以可理解的方式显示出来。

	--debugging
	-g
	显示调试信息。企图解析保存在文件中的调试信息并以C语言的语法显示出来。仅仅支持某些类型的调试信息。有些其他的格式被readelf -w支持。

	-e
	--debugging-tags
	类似-g选项，但是生成的信息是和ctags工具相兼容的格式。

	--disassemble
	-d
	从objfile中反汇编那些特定指令机器码的section。

	-D
	--disassemble-all
	与 -d 类似，但反汇编所有section.

	--prefix-addresses
	反汇编的时候，显示每一行的完整地址。这是一种比较老的反汇编格式。

	-EB
	-EL
	--endian={big\|little}
	指定目标文件的小端。这个项将影响反汇编出来的指令。在反汇编的文件没描述小端信息的时候用。例如S-records.

	-f
	--file-headers
	显示objfile中每个文件的整体头部摘要信息。

	-h
	--section-headers
	--headers
	显示目标文件各个section的头部摘要信息。

	-H
	--help
	简短的帮助信息。

	-i
	--info
	显示对于 -b 或者 -m 选项可用的架构和目标格式列表。

	-j name
	--section=name
	仅仅显示指定名称为name的section的信息

	-l
	--line-numbers
	用文件名和行号标注相应的目标代码，仅仅和-d、-D或者-r一起使用使用-ld和使用-d的区别不是很大，在源码级调试的时候有用，要求编译时使用了-g之类的调试编译选项。

	-m machine
	--architecture=machine
	指定反汇编目标文件时使用的架构，当待反汇编文件本身没描述架构信息的时候(比如S-records)，这个选项很有用。可以用-i选项列出这里能够指定的架构.

	--reloc
	-r
	显示文件的重定位入口。如果和-d或者-D一起使用，重定位部分以反汇编后的格式显示出来。

	--dynamic-reloc
	-R
	显示文件的动态重定位入口，仅仅对于动态目标文件意义，比如某些共享库。

	-s
	--full-contents
	显示指定section的完整内容。默认所有的非空section都会被显示。

	-S
	--source
	尽可能反汇编出源代码，尤其当编译的时候指定了-g这种调试参数时，效果比较明显。隐含了-d参数。

	--show-raw-insn
	反汇编的时候，显示每条汇编指令对应的机器码，如不指定--prefix-addresses，这将是缺省选项。

	--no-show-raw-insn
	反汇编时，不显示汇编指令的机器码，如不指定--prefix-addresses，这将是缺省选项。

	--start-address=address
	从指定地址开始显示数据，该选项影响-d、-r和-s选项的输出。

	--stop-address=address
	显示数据直到指定地址为止，该项影响-d、-r和-s选项的输出。

	-t
	--syms
	显示文件的符号表入口。类似于nm -s提供的信息

	-T
	--dynamic-syms
	显示文件的动态符号表入口，仅仅对动态目标文件意义，比如某些共享库。它显示的信息类似于 nm -D\|--dynamic 显示的信息。

	-V
	--version
	版本信息

	--all-headers
	-x
	显示所可用的头信息，包括符号表、重定位入口。-x 等价于-a -f -h -r -t 同时指定。

	-z
	--disassemble-zeroes
	一般反汇编输出将省略大块的零，该选项使得这些零块也被反汇编。

	@file
	可以将选项集中到一个文件中，然后使用这个@file选项载入。

	.text：已编译程序的机器代码。
	.rodata：只读数据，比如printf语句中的格式串和开关（switch）语句的跳转表。
	.data：已初始化的全局C变量。局部C变量在运行时被保存在栈中，既不出现在.data中，也不出现在.bss节中。
	.bss：未初始化的全局C变量。在目标文件中这个节不占据实际的空间，它仅仅是一个占位符。目标文件格式区分初始化和未初始化变量是为了空间效率在：在目标文件中，未初始化变量不需要占据任何实际的磁盘空间。
	.symtab：一个符号表（symbol table），它存放在程序中被定义和引用的函数和全局变量的信息。一些程序员错误地认为必须通过-g选项来编译一个程序，得到符号表信息。实际上，每个可重定位目标文件在.symtab中都有一张符号表。然而，和编译器中的符号表不同，.symtab符号表不包含局部变量的表目。
	.rel.text：当链接噐把这个目标文件和其他文件结合时，.text节中的许多位置都需要修改。一般而言，任何调用外部函数或者引用全局变量的指令都需要修改。另一方面调用本地函数的指令则不需要修改。注意，可执行目标文件中并不需要重定位信息，因此通常省略，除非使用者显式地指示链接器包含这些信息。
	.rel.data：被模块定义或引用的任何全局变量的信息。一般而言，任何已初始化全局变量的初始值是全局变量或者外部定义函数的地址都需要被修改。
	.debug：一个调试符号表，其有些表目是程序中定义的局部变量和类型定义，有些表目是程序中定义和引用的全局变量，有些是原始的C源文件。只有以-g选项调用编译驱动程序时，才会得到这张表。
	.line：原始C源程序中的行号和.text节中机器指令之间的映射。只有以-g选项调用编译驱动程序时，才会得到这张表。
	.strtab：一个字符串表，其内容包括.symtab和.debug节中的符号表，以及节头部中的节名字。字符串表就是以null结尾的字符串序列。

¶基本概念

¶实例

¶编译和反编译

微信扫一扫：分享

markdown画图

计算机系统结构笔记(一)

misaka7690