嵌入式Linux上的C语言编程实践

　　目前嵌入式技术和Linux程序开发技术成为计算机界比较流行的两大技术。作为一门非常基础和常用的编程语言，C语言在嵌入式系统开发中体现了其强大的软硬件操控能力。本书重点关注嵌入式Linux中的C语言编程，目的在于帮助读者在基本掌握C语言的基础上，逐渐掌握嵌入式Linux中的C语言开发技术。本书包含程序环境搭建、调试技术、库函数、高级编程、程序优化等方面的知识。本书的讲解由浅入深，知识点突出，其中的一些示例取至常见技术和项目中的精华，工程应用性强。
　　本书适合高校学生阅读，帮助其向具有研发能力的工程技术人员过渡，同样也适用于嵌入式软件开发人员补充知识、开阔眼界。

　　韩超，毕业于北京交通大学电子学院，曾在北京亚嵌教育研究中心担任嵌入式ARM-Linux系统平台的开发和教学工作，重视完整的知识体系与工程技术相结合。
　　魏治宇，毕业于北京交通大学电子学院，曾在北京亚嵌教育研究中心及其合作单位负责嵌入式Linux相关平台的教材编写、软件开发和实验教学工作，对嵌入式系统理论知识与产品快速开发之间的关联性有较深刻的理解。
　　寥文江，工学硕士，毕业于北京交通大学电子信息学院，目前在北京联合大学自动化学院从事嵌入式及Linux教学工作。研究方向为嵌入式实时操作系统、FPGA、Soc等，参与完成多项国家级、省部级科研项目并发表多篇学术论文。

版权信息
前言
第一部分基 础 知 识
第1 章Linux环境下C语言的开发
1.1 Linux下的C语言开发环境
1.2 在Linux中使用C语言开发
1.2.1 开发流程和开发工具
1.2.2 Linux中程序的运行原理
第2 章嵌入式环境中的C语言开发
2.1 嵌入式C语言的开发环境
2.2 嵌入式开发中C语言编程要点
第二部分Linux环境中C语言的开发环境和工具
第3 章Linux的文本编辑工具VI
3.1 VI编辑器概述
3.1.1 VI简介
3.1.2 VI的工作模式和使用之前的准备
3.1.3 进入和退出VI
3.2 VI的增强版VIM
3.3 VI编辑器的基本使用方法
3.3.1 在屏幕上移动光标
3.3.2 插入文本
3.3.3 删除文本
3.3.4 修改文本内容
3.3.5 替换文本内容
3.3.6 合并文本内容
3.3.7 移动文本内容
3.4 VI编辑器的命令和高级操作
3.4.1 VI常用命令的列表
3.4.2 VI的一些高级的操作和使用技巧
第4 章GCC程序开发工具
4.1 GNU工具综述
4.2 GCC的编译和连接
4.2.1 工程示例
4.2.2 编译、汇编和连接
4.2.3 动态库
4.3 GCC的二进制工具
4.3.1 ar（归档工具）
4.3.2 readelf（读取ELF格式文件信息）
4.3.3 strings（查看字符串）
4.3.4 nm（显示符号信息）
4.3.5 strip（删除符号）
4.3.6 objdump（显示目标文件信息）
4.3.7 objcopy（复制目标文件）
第5 章make工程管理工具
5.1 make和Makefile
5.1.1 make机制概述
5.1.2 make和Makefile的使用
5.2 Makefile使用示例
5.2.1 简单的Makefile
5.2.2 Makefile中的依赖关系
5.2.3 Makefile中使用隐含规则来编译程序
5.2.4 Makefile中指定依赖关系的编译
5.3 自动生成Makefile
5.3.1 自动生成Makefile的意义和相关工具
5.3.2 自动生成Makefile的流程
第6 章GDB调试工具
6.1 GDB简介
6.2 使用GDB调试程序
6.2.1 基本操作
6.2.2 查看命令
6.2.3 高级命令
6.2.4 attach命令的使用
6.3 远程GDB调试
6.3.1 本地GDB调试和远程GDB调试的比较
6.3.2 远程GDB调试流程
6.3.3 远程GDB调试示例
第三部分库 函 数
第7 章C语言标准库函数
7.1 ISO的C语言标准库函数分类
7.2 标准格式化输入/输出类函数
7.2.1 scanf函数：格式化输入字符串
7.2.2 printf函数：格式化输出字符串
7.2.3 putchar函数：输出字符到标准输出
7.2.4 getchar函数：从标准输入获取字符
7.2.5 putc函数：向文件输出字符
7.2.6 getc函数：从文件输入字符
7.2.7 gets函数：获得字符串
7.2.8 puts函数：输出指定字符串
7.2.9 ungetc函数：把字符写回流中
7.3 字符处理类函数
7.4 字符串处理及转换函数
7.4.1 sprintf函数：格式化输出字符串到一个缓冲区
7.4.2 strcat和strncat函数：字符串连接
7.4.3 strcpy和strncpy函数：字符串复制
7.4.4 strcmp和strncmp函数：字符串比较
7.4.5 strlen函数：获取字符串长度
7.4.6 strchr和strrchr函数：字符/字符串定位
7.4.7 strstr函数：字符串查找
7.4.8 strrev函数：字符串逆序
7.4.9 strupr和strlwr函数：字母形式转换
7.4.10 strdup和strndup函数：字符串复制
7.4.11 memset函数：内存设置
7.4.12 memmove函数：内存移动
7.4.13 memcmp函数：内存比较
7.4.14 memcpy函数：内存复制
7.5 数学计算类函数
7.6 数据结构和算法类函数
7.6.1 bsearch函数：二元搜索
7.6.2 lfind函数：线性搜索
7.6.3 lsearch函数：线性搜索
7.6.4 qsort函数：利用快速排序法排列数组
7.6.5 rand函数：产生随机数
7.6.6 srand函数：设置随机数种子
7.7 文件I/O操作类相关函数
7.7.1 fopen函数：打开文件
7.7.2 fclose函数：关闭文件
7.7.3 fgetc函数：从文件中读取一个字符
7.7.4 fputc函数：将一指定字符写入文件流中
7.7.5 fgets函数：从文件中读取一字符串
7.7.6 fputs函数：将一指定的字符串写入文件内
7.7.7 rewind函数：重设文件流的读写位置为文件开头
7.7.8 ftell函数：取得文件流的读取位置
7.7.9 fseek函数：移动文件流的读写位置
7.7.10 fwrite函数：将数据写至文件流
7.7.11 fread函数：从文件流读取数据
7.7.12 remove函数：删除文件
7.7.13 rename函数：更改文件名称或位置
7.7.14 freopen函数：重新打开文件
7.7.15 fflush函数：同步缓冲区
7.7.16 fgetpos函数：获得文件位置
7.7.17 fsetpos函数：设置文件位置
7.7.18 mktemp函数：建立临时文件
7.7.19 tmpfile函数：临时文件
7.7.20 tmpnam：得到临时文件名
7.8 日期时间类函数
7.8.1 clock函数：获得CPU时间
7.8.2 time函数：获得当前日历时间
7.8.3 difftime函数：获得时间差值
7.8.4 gmtime函数：将日历时间转换成UTC时间
7.8.5 mktime函数：将UTC时间转换成日历时间
7.8.6 asctime函数：将UTC时间转换成字符串
7.8.7 ctime函数：将日历时间转换成当地时间的字符串
7.8.8 localtime函数：将日历时间转换成本地时间
7.8.9 strftime函数：转换日期和时间格式
7.9 国际化和本地化函数
7.9.1 setlocale函数：本地化控制函数
7.9.2 localeconv函数：本地化转换
7.10 错误处理类函数
7.10.1 clearerr函数：清除流中的结束指示符和错误指示符
7.10.2 feof函数：指示文件结束
7.10.3 ferror函数：指示文件出错
7.10.4 perror函数：输出出错信息
7.10.5 errno函数：错误编号记录
7.11 其他一些工具函数
7.11.1 assert函数：程序诊断
7.11.2 长跳转函数
7.11.3 可变长的参数控制函数
7.11.4 获取结构体成员函数（宏）
7.12 一些标准库中有用的宏
第8 章Linux中C语言的扩展库函数
8.1 文件I/O操作函数
8.1.1 open函数：打开文件
8.1.2 close函数：关闭文件
8.1.3 read函数：读文件
8.1.4 write函数：写文件
8.1.5 lseek函数：文件定位
8.1.6 ioctl函数：文件控制
8.1.7 flock函数：锁定文件
8.1.8 mmap函数和munmap函数：内存映射
8.1.9 create函数：创建新文件
8.1.10 dup函数和dup2函数：复制文件描述符
8.1.11 fcntl函数：改变已打开的文件的属性
8.2 文件权限相关的操作函数
8.2.1 access函数：判断是否具有存取文件的权限
8.2.2 chown函数和fchown函数：改变文件的所有者
8.2.3 chmod函数和fchmod函数：改变权限
8.2.4 unlink函数：删除文件
8.2.5 utime函数和utimes函数：改变文件时间
8.2.6 umask函数：设置建立新文件时的权限掩码
8.2.7 link函数：建立文件连接
8.2.8 stat函数、fstat函数和lstat函数：获取文件信息
8.3 用户组操作函数
8.3.1 getgid函数和setgid函数：获得/设置组识别码
8.3.2 getegid函数和setegid函数：获得/设置有效的组识别码
8.3.3 getuid函数和setuid函数：获得/设置真实的用户识别码
8.3.4 geteuid函数和seteuid函数：获得/设置有效的用户识别码
8.3.5 getgroups函数和setgroups函数：获得/设置组代码
8.4 信号类函数
8.4.1 kill函数：传送信号给指定的进程
8.4.2 raise函数：信号发送函数
8.4.3 alarm函数：设置超时函数
8.4.4 signal函数：信号安装函数
8.5 进程处理函数
8.5.1 getpid函数和getppid函数：获得进程ID和父进程ID
8.5.2 fork函数：建立子进程
8.5.3 sleep函数和usleep函数：让进程暂停执行一段时间
8.5.4 exec函数族：找到可执行文件
8.5.5 _exit函数和_Exit函数：结束进程执行
第四部分C语言高级编程
第9 章动态内存的堆与栈
9.1 程序内存区域的使用
9.1.1 静态内存与动态内存
9.1.2 C语言中的动态内存
9.2 C程序中栈空间的使用
9.2.1 参数使用栈空间
9.2.2 自动变量使用栈空间
9.2.3 程序中较大的栈
9.2.4 栈空间的特性
9.3 C程序中的堆空间使用
9.3.1 分配和释放堆内存的库函数
9.3.2 库函数使用
9.3.3 堆内存的特性
9.4 堆内存和栈内存使用的比较
9.4.1 利用返回值传递信息
9.4.2 利用参数传递信息
9.4.3 推与栈内存管理的区别
第10 章函数指针的使用
10.1 函数指针的概念
10.1.1 C语言函数的本质
10.1.2 函数指针在C语言中的意义
10.2 函数指针的使用
10.2.1 函数指针使用初步
10.2.2 函数指针的类型定义
10.2.3 函数指针作为结构体成员
10.2.4 函数指针作为函数的参数
10.2.5 函数指针作为函数的返回值
10.2.6 函数指针数组
10.3 函数指针使用示例
第11 章回调函数的使用
11.1 回调函数的概念与作用
11.1.1 程序调用的方式
11.1.2 回调函数的作用
11.2 回调函数的语法
11.2.1 简单的回调函数
11.2.2 完全形式的回调函数
11.3 回调函数的使用
11.3.1 qsort中的回调函数
11.3.2 atexit和on_exit函数的注册退出函数
第12 章C语言实现对象编程
12.1 C语言实现基于对象编程的概念与作用
12.2 C语言基于对象编程实现封装
12.2.1 简单的程序示例
12.2.2 C语言基于对象编程的详解
12.2.3 C语言基于对象编程与C++面向对象编程的对比
12.3 C语言基于对象编程实现部分继承功能
12.3.1 利用数据结构的包含实现继承功能
12.3.2 利用私有指针实现继承功能
12.3.3 C语言实现继承的总结
12.4 C语言基于对象编程实现部分多态功能
12.4.1 利用操作指针组的包含实现多态功能
12.4.2 C语言实现多态功能的总结
12.5 对C语言实现基于对象编程的思考
12.5.1 C语言基于对象编程的特性
12.5.2 C语言基于对象编程中接口、实现和调用者的关系
第五部分在嵌入式环境下的C语言编程
第13 章C语言程序的内存布局
13.1 C语言程序的存储区域
13.2 C语言程序的段
13.2.1 段的分类
13.2.2 程序中段的使用
13.3 可执行程序的连接
13.3.1 可执行程序的组成
13.3.2 各个目标文件的关系
13.3.3 连接错误示例
13.4 C语言程序的运行
13.4.1 RAM调试运行
13.4.2 固化程序的XIP运行
13.4.3 固化程序的加载运行
13.4.4 C语言程序的运行总结
第14 章嵌入式C语言常用语法
14.1 内存指针操作
14.1.1 内存操作的意义
14.1.2 使用指针操作内存
14.1.3 volatile的使用
14.1.4 嵌入式系统指针的实际应用
14.2 位操作
14.2.1 位操作的意义
14.2.2 位操作的语法
14.3 大小端与对齐问题
14.3.1 大小端问题
14.3.2 内存对齐问题
14.3.3 结构体成员的对齐问题
14.4 程序的跳转
14.4.1 嵌入式系统程序跳转的类型
14.4.2 C语言中实现程序的跳转
第15 章嵌入式C语言编程的技巧
15.1 程序的优化技巧
15.1.1 循环缓冲区
15.1.2 查表法
15.1.3 针对循环执行效率的优化
15.2 关于小数运算
15.3 函数参数和返回值的传递
15.4 变量的初始化技巧
15.4.1 数组的初始化
15.4.2 结构体的初始化
15.4.3 变量的初始化总结
15.5 程序的调试和宏使用的技巧
15.5.1 打印文件、函数和程序行
15.5.2 #：字符串化操作符
15.5.3 ##：连接操作符
15.5.4 调试宏的第一种定义方式
15.5.5 调试宏的第二种定义方式
15.5.6 对调试语句进行分级审查
15.5.7 条件编译调试语句
15.5.8 使用do…while的宏定义
15.6 代码剖析
参 考 文 献
《嵌入式上的C语言编程实践》读者交流区Linux
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　　《嵌入式Linux上的c语言编程实践》是一本提高嵌入式开发基本功的图书。本书的关键词为“嵌入式”和“C语言”。C语言是当前嵌入式领域开发中使用的主要语言，也是嵌入式开发最重要的基本功所在。同时，嵌入式领域的发展也为c语言提供了广阔的应用场景。本书特点
　　·虽然以介绍c语言为主，但更重要的是体现了C语言、“嵌入式”和“Linux”的关系。
　　·虽然是基于Linux开发环境来介绍C语言编程的知识和技巧，但是书中的开发理念和技巧也适用于其他操作系统。
　　·深入地挖掘了C语言与硬件的关系，突出嵌入式系统中编程的基本理念。
　　·目前单纯讲解c语言和嵌入式开发的书籍较多，但是将二者相结合的书籍还不多见，本书的目标就是将二者相结合，立志于提高读者在嵌入式开发中最重要的基本功。
　　本书结构
　　本书由五个部分组成，即按照知识的组织结构，分成基础知识、Linux环境中C语言的开发环境和工具、库函数、c语言高级编程和在嵌入式环境下的c语言编程。

　　1.2 在Linux中使用c语言开发
　　在Linux操作系统中，c语言程序的开发和其他环境类似，程序生成主要分成编译、汇编、连接等几个步骤。在Linux中使用文本编辑工具编辑程序源代码也是程序开发的重要步骤。
　　1.2.1 开发流程和开发工具
　　c语言程序的开发过程是：使用编辑工具编写文本形式的c语言源文件，然后编译生成以机器代码为主的二进制可执行程序的过程。由源文件生成可执行程序的开发过程如图1-1所示。
　　编译是指把用高级语言编写的程序转换成相应处理器的汇编语言程序的过程。从本质上讲，编译是一个文本转换的过程。对嵌入式系统而言，一般要把用c语言编写的程序转换成处理器的汇编代码。编译过程包含了C语言的语法解析和汇编语言的生成两个步骤。汇编一般是逐个文件进行的，对于每一个C语言编写的文件，可能还需要进行预处理。
　　汇编是从汇编语言程序生成目标系统的二进制代码（机器代码）的过程。机器代码的生成和处理器有密切的联系。相对于编译过程的语法解析，汇编的过程相对简单。这是因为对于一款特定的处理器，其汇编语言和二进制的机器代码是一一对应的。汇编过程的输入是汇编代码，这个汇编代码可能来源于编译过程的输出，也可以是直接用汇编语言书写的程序。