如何组织构建多文件 C 语言程序！Unix 程序和 Makefile 编程！

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准备好你喜欢的饮料、编辑器和编译器，放一些音乐，然后开始构建一个由多个文件组成的 C 语言程序。

 

大家常说计算机编程的艺术部分是处理复杂性，部分是命名某些事物。此外，我认为“有时需要添加绘图”是在很大程度上是正确的。

在这篇文章里，我会编写一个小型 C 程序，命名一些东西，同时处理一些复杂性。

优秀 Unix 程序哲学

首先，你要知道这个 C 程序是一个 Unix 命令行工具。

这意味着它运行在（或者可被移植到）那些提供 Unix C 运行环境的操作系统中。当贝尔实验室发明 Unix 后，它从一开始便充满了设计哲学。

用我自己的话来说就是：程序只做一件事，并做好它，并且对文件进行一些操作。虽然“只做一件事，并做好它”是有意义的，但是“对文件进行一些操作”的部分似乎有点儿不合适。

事实证明，Unix 中抽象的 “文件” 非常强大。

一个 Unix 文件是以文件结束符（EOF）标志为结尾的字节流，仅此而已。

文件中任何其它结构均由应用程序所施加而非操作系统。

操作系统提供了系统调用，使得程序能够对文件执行一套标准的操作：打开、读取、写入、寻址和关闭（还有其他，但说起来那就复杂了）。

对于文件的标准化访问使得不同的程序共用相同的抽象，而且可以一同工作，即使它们是不同的人用不同语言编写的程序。

具有共享的文件接口使得构建可组合的的程序成为可能。

一个程序的输出可以作为另一个程序的输入。

Unix 家族的操作系统默认在执行程序时提供了三个文件：标准输入（stdin）、标准输出（stdout）和标准错误（stderr）。

其中两个文件是只写的：stdout 和 stderr。而 stdin是只读的。当我们在常见的 Shell 比如 Bash 中使用文件重定向时，可以看到其效果。

$ ls | grep foo | sed -e ‘s/bar/baz/g‘ > ack

这条指令可以被简要地描述为：ls 的结果被写入标准输出，它重定向到 grep 的标准输入，grep 的标准输出重定向到 sed 的标准输入，sed 的标准输出重定向到当前目录下文件名为 ack的文件中。

我们希望我们的程序在这个灵活又出色的生态系统中运作良好，因此让我们编写一个可以读写文件的程序。

喵呜喵呜：流编码器/解码器概念

当我还是一个露着豁牙的孩子懵懵懂懂地学习计算机科学时，学过很多编码方案。

它们中的有些用于压缩文件，有些用于打包文件，另一些毫无用处因此显得十分愚蠢。

为了让我们的程序有个用途，我为它更新了一个 21 世纪 的概念，并且实现了一个名为“喵呜喵呜” 的编码方案的概念。

这里的基本的思路是获取文件并且使用文本 “meow” 对每个半字节（半个字节）进行编码。小写字母代表 0，大写字母代表 1。

因为它会将 4 个比特替换为 32 个比特，因此会扩大文件的大小。没错，这毫无意义。但是看到这样的编码后，也会大吃一惊。

$ cat /home/your_sibling/.super_secret_journal_of_my_innermost_thoughts

MeOWmeOWmeowMEoW...

最终的实现

完整的源代码可以在 GitHub 上面找到。

既然已经确定了要编写一个编码和解码“喵呜喵呜”格式的文件的程序时，我在 Shell 中执行了以下的命令 ：

$ mkdir meowmeow

$ cd meowmeow

$ git init

$ touch Makefile     # 编译程序的方法

$ touch main.c       # 处理命令行选项

$ touch main.h       # “全局”常量和定义

$ touch mmencode.c   # 实现对喵呜喵呜文件的编码

$ touch mmencode.h   # 描述编码 API

$ touch mmdecode.c   # 实现对喵呜喵呜文件的解码

$ touch mmdecode.h   # 描述解码 API

$ touch table.h      # 定义编码查找表

$ touch .gitignore   # 这个文件中的文件名会被 git 忽略

$ git add .

$ git commit -m "initial commit of empty files"

简单的说，我创建了一个目录，里面全是空文件，并且提交到 git。

即使这些文件中没有内容，你依旧可以从它的文件名推断每个文件的用途。为了避免万一你无法理解，我在每条 touch 命令后面进行了简单描述。

通常，程序从一个简单 main.c 文件开始，只有两三个解决问题的函数。

然后程序员轻率地向自己的朋友或者老板展示了该程序，然后为了支持所有新的“功能”和“需求”，文件中的函数数量就迅速爆开了。

“程序俱乐部”的第一条规则便是不要谈论“程序俱乐部”，第二条规则是尽量减少单个文件中的函数。

但是 Makefile 是什么呢？

我知道下一个轰动一时的应用都是你们这些好孩子们用 “终极代码粉碎者 3000” 集成开发环境来编写的，而构建项目是用 Ctrl-Meta-Shift-Alt-Super-B 等一系列复杂的按键混搭出来的。

但是如今，使用 Makefile 文件可以在构建 C 程序时帮助做很多有用的工作。

Makefile 是一个包含如何处理文件的方式的文本文件，程序员可以使用其自动地从源代码构建二进制程序（以及其它东西！）

以下面这个小东西为例：

00 # Makefile

01 TARGET= my_sweet_program

02 $(TARGET): main.c

03    cc -o my_sweet_program main.c

# 符号 后面的文本是注释，例如 00 行。

　　01 行是一个变量赋值，将 TARGET 变量赋值为字符串 my_sweet_program。按照惯例，也是我的习惯，所有 Makefile 变量均使用大写字母并用下划线分隔单词。

　　02 行包含该步骤recipe要创建的文件名和其依赖的文件。在本例中，构建目标target是 my_sweet_program，其依赖是 main.c。

最后的 03 行使用了一个制表符号（tab）而不是四个空格。这是将要执行创建目标的命令。在本例中，我们使用 C 编译器C compiler前端 cc 以编译链接为 my_sweet_program。

使用 Makefile 是非常简单的。

$ make

cc -o my_sweet_program main.c

$ ls

Makefile  main.c  my_sweet_program

构建我们喵呜喵呜编码器/解码器的 Makefile 比上面的例子要复杂，但其基本结构是相同的。我将在另一篇文章中将其分解为 Barney 风格。

形式伴随着功能

我的想法是程序从一个文件中读取、转换它，并将转换后的结果存储到另一个文件中。

以下是我想象使用程序命令行交互时的情况：

$ meow clear.meow

$ unmeow meow.tx

$ diff clear.txt meow.tx

$

我们需要编写代码以进行命令行解析和处理输入/输出流。我们需要一个函数对流进行编码并将结果写到另一个流中。

最后，我们需要一个函数对流进行解码并将结果写到另一个流中。

但是在上面的例子中，我调用了两个指令：meow 和 unmeow？

我知道你可能会认为这会导致越变越复杂。

次要内容：argv[0] 和 ln 指令

回想一下，C 语言 main 函数的结构如下：

int main(int argc, char *argv[])

其中 argc 是命令行参数的数量，argv 是字符指针（字符串）的列表，argv[0] 是包含正在执行的程序的文件路径。

在 Unix 系统中许多互补功能的程序（比如：压缩和解压缩）看起来像两个命令，但事实上，它们是在文件系统中拥有两个名称的一个程序。这个技巧是通过使用 ln 命令创建文件系统链接来实现两个名称的。

在我笔记本电脑中 /usr/bin 的一个例子如下：

$ ls -li /usr/bin/git*

3376 -rwxr-xr-x. 113 root root     1.5M Aug 30  2018 /usr/bin/git

3376 -rwxr-xr-x. 113 root root     1.5M Aug 30  2018 /usr/bin/git-receive-pack

...

这里 git 和 git-receive-pack 是同一个文件但是拥有不同的名字。

我们说它们是相同的文件因为它们具有相同的 inode 值（第一列）。

inode 是 Unix 文件系统的一个特点，对它的介绍超越了本文的内容范畴。

首先，我们编写一个基于其 argv[0] 的值而作出相应改变的程序，然后我们确保为导致该行为的名称创建链接。

在我们的 Makefile 中，unmeow 链接通过以下的方式来创建：

# Makefile

...

$(DECODER): $(ENCODER)

        $(LN) -f $

      ...

我倾向于在 Makefile 中将所有内容参数化，很少使用 “裸” 字符串。

我将所有的定义都放置在 Makefile 文件顶部，以便可以简单地找到并改变它们。当你尝试将程序移植到新的平台上时，需要将 cc 改变为某个 cc 时，这会很方便。

除了两个内置变量 $@ 和 $

    第一个便是该步骤的目标的快捷方式，在本例中是 $(DECODER)（我能记得这个是因为 @ 符号看起来像是一个目标）。

    第二个，$

事情肯定会变得复杂，但它还在管理之中。

 

最后，不管你是转行也好，初学也罢，进阶也可，如果你想学编程~

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如何组织构建多文件 C 语言程序！Unix 程序和 Makefile 编程！

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原文地址：https://www.cnblogs.com/huya-edu/p/14241085.html