Programmation avancée sous Linux

Vous pouvez lancer Emacs en saisissant emacs suivi de la touche Entrée dans votre terminal. Lorsque Emacs a démarré, vous pouvez utiliser les menus situés dans la partie supérieure pour créer un nouveau fichier source. Cliquez sur le menu File, sélectionnez Open File puis saisissez le nom du fichier que vous voulez ouvrir dans le minibuffer au bas de l'écran(Si vous n'utilisez pas un système X Window, vous devrez appuyer sur F10 pour accéder aux menus.). Si vous voulez créer un fichier source C, utilisez un nom de fichier se terminant par .c ou .h. Si vous désirez créer un fichier C++, utilisez un nom de fichier se terminant par .cpp, .hpp, .cxx, .hxx, .C ou .H. Lorsque le fichier est ouvert, vous pouvez taper comme vous le feriez dans un programme de traitement de texte. Pour sauvegarder le fichier, sélectionnez l'entrée Save Buffer dans le menu File. Lorsque vous avez terminé d'utiliser Emacs, vous pouvez choisir l'option Exit Emacs dans le menu File.

Si vous n'aimez pas cliquer, vous pouvez utiliser les raccourcis clavier pour ouvrir ou fermer un fichier et sortir d'Emacs. Pour ouvrir un fichier, saisissez C-x C-f (C-x signifie de maintenir la touche Control enfoncée tout en appuyant sur la touche x). Pour sauvegarder un fichier, saisissez C-x C-s. Pour sortir d'Emacs, saisissez simplement C-x C-c. Si vous voulez devenir un peu plus familier avec Emacs, sélectionnez l'entrée Emacs Tutorial dans le menu Help. Le didacticiel vous propose quantité d'astuces sur l'utilisation efficace d'Emacs.

Si vous êtes un habitué de la programmation dans un Environnement de Développement Intégré (Integrated Development Evironment, IDE), vous êtes habitué à l'assistance au formatage fourni par l'éditeur. Emacs peut vous offrir le même type de fonctionnalité. Si vous ouvrez un fichier C ou C++, Emacs devine qu'il contient du code, pas simplement du texte ordinaire. Si vous appuyez sur la touche Tab sur une ligne blanche, Emacs déplace le curseur au point d'indentation approprié. Si vous appuyez sur la touche Tab sur une ligne contenant déjà du texte, Emacs indente le texte. Donc, par exemple, supposons que vous ayez saisi ce qui suit:

int main()
{
printf("Hello, world\n");
}

Si vous pressez la touche Tab sur la ligne de l'appel à printf, Emacs reformatera votre code comme suit:

int main()
{
	printf("Hello, world\n");
}

Remarquez comment la ligne a été correctement indentée.

En utilisant Emacs, vous verrez comment il peut vous aider à effectuer toutes sortes de tâches de formatage compliquées. Si vous êtes ambitieux, vous pouvez programmer Emacs pour effectuer littéralement tout formatage que vous pourriez imaginer. Des gens ont utilisé ces fonctionnalités pour implémenter des modifications d'Emacs pour éditer à peu près n'importe quelle sorte de documents, implémenter des jeux(Essayez la commande M-x dunnet si vous voulez jouer à un jeu d'aventures en mode texte à l'ancienne.) et des interfaces vers des bases de données.

En plus de formater votre code, Emacs peut faciliter la lecture du code C et C++ en colorant les différents éléments de sa syntaxe. Par exemple, Emacs peut colorer les mots clés d'une certaine façon, les types intégrés comme int d'une autre et les commentaires d'une autre encore. Utiliser des couleurs facilite la détection de certaines erreurs de syntaxe courantes.

La façon la plus simple d'activer la coloration est d'éditer le fichier ~/.emacs et d'y insérer la chaîne suivante:

(global-font-lock-mode t)

Sauvegardez le fichier, sortez d'Emacs et redémarrez-le. Ouvrez un fichier C ou C++ et admirez !

Vous pouvez avoir remarqué que la chaîne que vous avez inséré dans votre .emacs ressemble à du code LISP. C'est parce-qu'il s'agit de code LISP ! La plus grande partie d'Emacs est écrite en LISP. Vous pouvez ajouter des fonctionnalités à Emacs en écrivant en LISP.

Le nom du compilateur C est gcc. Pour compiler un fichier source C, utilisez l'option -c. Donc par exemple, cette commande compile le fichier source main.c:

% gcc -c main.c

Le fichier objet résultant est appelé main.o. Le compilateur C++ s'appelle g++. Son mode opératoire est très similaire à gcc; la compilation de reciprocal.cpp s'effectue via la commande suivante:

% g++ -c reciprocal.cpp

L'option -c indique à g++ de ne compiler le fichier que sous forme d'un fichier objet; sans cela, g++ tenterait de lier le programme afin de produire un exécutable. Une fois cette commande saisie, vous obtenez un fichier objet appelé reciprocal.o.

Vous aurez probablement besoin de quelques autres options pour compiler un programme d'une taille raisonnable. L'option -I est utilisée pour indiquer à GCC où rechercher les fichiers d'entête. Par défaut, GCC cherche dans le répertoire courant et dans les répertoires où les entêtes des bibliothèques standards sont installés. Si vous avez besoin d'inclure des fichiers d'entête situés à un autre endroit, vous aurez besoin de l'option -I. Par exemple, supposons que votre projet ait un répertoire appelé src, pour les fichiers source, et un autre appelé include. Vous compileriez reciprocal.cpp comme ceci pour indiquer à g++ qu'il doit utiliser en plus le répertoire include pour trouver reciprocal.hpp:

% g++ -c -I ../include reciprocal.cpp

Parfois, vous pourriez vouloir définir des macros au niveau de la ligne de commande. Par exemple, dans du code de production, vous ne voudriez pas du surcoût de l'assertion présente dans reciprocal.cpp; elle n'est là que pour vous aider à déboguer votre programme. Vous désactivez la vérification en définissant la macro NDEBUG. Vous pourriez ajouter un #define explicite dans reciprocal.cpp, mais cela nécessiterait de modifier la source elle-même. Il est plus simple de définir NDEBUG sur la ligne de commande, comme ceci:

% g++ -c -D NDEBUG reciprocal.cpp

Si vous aviez voulu donner une valeur particulière à NDEBUG, vous auriez pu saisir quelque chose de ce genre:

% g++ -c -D NDEBUG=3 reciprocal.cpp

Si vous étiez réellement en train de compiler du code de production, vous voudriez probablement que GCC optimise le code afin qu'il s'exécute aussi rapidement que possible. Vous pouvez le faire en utilisant l'option en ligne de commande -O2 (GCC a plusieurs niveaux d'optimisation; le second niveau convient pour la plupart des programmes). Par exemple, ce qui suit compile reciprocal.cpp avec les optimisations activées:

% g++ -c -O2 reciprocal.cpp

Notez que le fait de compiler avec les optimisations peut rendre votre programme plus difficile à déboguer avec un débogueur (voyez la Section debgdb, Section debgdb). De plus, dans certaines circonstances, compiler avec les optimisations peut révéler des bogues qui n'apparaissaient pas auparavant.

Vous pouvez passer un certain nombre d'autres options à gcc et g++. Le meilleur moyen d'en obtenir une liste complète est de consulter la documentation en ligne. Vous pouvez le faire en saisissant ceci à l'invite de commandes:

% info gcc

Maintenant que vous avez compilé main.c et reciprocal.cpp, vous devez les lier. Vous devriez toujours utiliser g++ pour lier un programme qui contient du code C++, même s'il contient également du code C. Si votre programme ne contient que du code C, vous devriez utiliser gcc à la place. Comme ce programme contient à la fois du code C et du code C++, vous devriez utiliser g++, comme ceci:

% g++ -o reciprocal main.o reciprocal.o

L'option -o donne le nom du fichier à générer à l'issue de l'étape d'édition de liens. Vous pouvez maintenant lancer reciprocal comme ceci:

% ./reciprocal 7
L'inverse de 7 est 0.142857

Comme vous pouvez le voir, g++ a automatiquement inclus les bibliothèques d'exécution C standards contenant l'implémentation de printf. Si vous aviez eu besoin de lier une autre bibliothèque (comme un kit de développement d'interfaces utilisateur), vous auriez indiqué la bibliothèque avec l'option -l. Sous Linux, les noms des bibliothèques commencent quasiment toujours par lib. Par exemple, la bibliothèque du Module d'Authentification Enfichable (Pluggable Authentication Module, PAM) est appelée libpam.a. Pour inclure libpam.a lors de l'édition de liens, vous utiliserez une commande de ce type:

% g++ -o reciprocal main.o reciprocal.o -lpam

Le compilateur ajoutera automatiquement le préfixe lib et le suffixe .a.

Comme avec les fichiers d'entête, l'éditeur de liens recherche les bibliothèques dans certains emplacements standards, ce qui inclut les répertoires /lib et /usr/lib qui contiennent les bibliothèques système standards. Si vous voulez que l'éditeur de liens cherche en plus dans d'autres répertoires, vous devez utiliser l'option -L, qui est l'équivalent de l'option -I dont nous avons parlé plus tôt. Vous pouvez utiliser cette commande pour indiquer à l'éditeur de liens de rechercher les bibliothèques dans le répertoire /usr/local/lib/pam avant de les rechercher dans les emplacements habituels:

% g++ -o reciprocal main.o reciprocal.o -L/usr/local/lib/pam -lpam

Bien que vous n'ayez pas à utiliser l'option -I pour que le préprocesseur effectue ses recherches dans le répertoire courant, vous devez utiliser l'option -L pour que l'éditeur de liens le fasse. Par exemple, vous devrez utiliser ce qui suit pour indiquer à l'éditeur de liens de rechercher la bibliothèque test dans le répertoire courant:

% gcc -o app app.o -L. -ltest

Pour utiliser GDB, vous devez compiler en activant les informations de débogage. Pour cela, ajoutez l'option -g sur la ligne de commande de compilation. Si vous utilisez un Makefile comme nous l'avons expliqué plus haut, vous pouvez vous contenter de positionner CFLAGS à -g lors de l'exécution de make, comme ceci:

% make CFLAGS=-g
gcc -g -c main.c
g++ -g -c reciprocal.cpp
g++ -g -o reciprocal main.o reciprocal.o

Lorsque vous compilez avec -g, le compilateur inclut des informations supplémentaires dans les fichiers objets et les exécutables. Le débogueur utilise ces informations pour savoir à quelle adresse correspond à quelle ligne et dans quel fichier source, afficher les valeurs des variables et cætera.

Vous pouvez démarrer gdb en saisissant:

% gdb reciprocal

Lorsque GDB démarre, il affiche l'invite:

(gdb)

La première étape est de lancer votre programme au sein du débogueur. Entrez simplement la commande run et les arguments du programme. Essayez de lancer le programme sans aucun argument, comme ceci:

(gdb) run
Starting program: reciprocal

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
%%__%%strtol_internal (nptr=0x0, endptr=0x0, base=10, group=0)
at strtol.c:287
287     strtol.c: No such file or directory.
(gdb)

Le problème est qu'il n'y a aucun code de contrôle d'erreur dans main. Le programme attend un argument, mais dans ce cas, il n'en a reçu aucun. Le message SIGSEGV indique un plantage du programme. GDB sait que le plantage a eu lieu dans une fonction appelée %%__%%strtol_internal. Cette fonction fait partie de la bibliothèque standard, et les sources ne sont pas installées ce qui explique le message «No such file or directory» (Fichier ou répertoire inexistant). Vous pouvez observer la pile en utilisant la commande where:

(gdb) where
#0 %%__%%strtol_internal (nptr=0x0, endptr=0x0, base=10, group=0)
    at strtol.c:287
#1 0x40096fb6 in atoi (nptr=0x0) at ../stdlib/stdlib.h:251
#2 0x804863e in main (argc=1, argv=0xbffff5e4) at main.c:8

Vous pouvez voir d'après cet extrait que main a appelé la fonction atoi avec un pointeur NULL ce qui est la source de l'erreur.

Vous pouvez remonter de deux niveaux dans la pile jusqu'à atteindre main en utilisant la commande up:

(gdb) up 2
#2 0x804863e in main (argc=1, argv=0xbffff5e4) at main.c:8
8         i = atoi (argv[1]);

Notez que GDB est capable de trouver le fichier source main.c et qu'il affiche la ligne contenant l'appel de fonction erroné. Vous pouvez inspecter la valeurs des variables en utilisant la commande print:

(gdb) print argv[1]
$2 = 0x0

Cela confirme que le problème vient d'un pointeur NULL passé à atoi.

Vous pouvez placer un point d'arrêt en utilisant la commande break:

(gdb) break main
Breakpoint 1 at 0x804862e: file main.c, line 8.

Cette commande place un point d'arrêt sur la première ligne de main(Certaines personnes ont fait la remarque que break main (NdT. littéralement «casser main») est amusant car vous ne vous en servez en fait uniquement lorsque main a déjà un problème.). Essayez maintenant de relancer le programme avec un argument, comme ceci:

(gdb) run 7
Starting program: reciprocal 7
Breakpoint 1, main (argc=2, argv=0xbffff5e4) at main.c:8
8         i = atoi (argv[1])

Vous remarquez que le débogueur s'est arrêté au niveau du point d'arrêt.

Vous pouvez passer à l'instruction se trouvant après l'appel à atoi en utilisant la commande next:

 gdb) next
9         printf ("L'inverse de %d est %g\n", i, reciprocal (i));

Si vous voulez voir ce qui se passe à l'intérieur de la fonction reciprocal, utilisez la commande step, comme ceci:

(gdb) step
reciprocal (i=7) at reciprocal.cpp:6
6         assert (i != 0);

Vous êtes maintenant au sein de la fonction reciprocal.

Vous pouvez trouver plus commode d'exécuter gdb au sein d'Emacs plutôt que de le lancer directement depuis la ligne de commande. Utilisez la commande M-x gdb pour démarrer gdb dans une fenêtre Emacs. Si vous stoppez au niveau d'un point d'arrêt, Emacs ouvre automatiquement le fichier source approprié. Il est plus facile de se rendre compte de ce qui se passe en visualisant le fichier dans son ensemble plutôt qu'une seule ligne.

Les distributions Linux incluent des pages de manuel pour les commandes les plus courantes, les appels système et les fonctions de la bibliothèque standard. Les pages de manuel sont divisées en sections numérotées; pour les programmeurs, les plus importantes sont celles-ci:

• (1) Commandes utilisateur
• (2) Appels système
• (3) Fonctions de la bibliothèque standard
• (8) Commandes système/d'administration

Les numéros indiquent les sections des pages de manuel. Les pages de manuel de Linux sont installées sur votre système; utilisez la commande man pour y accéder. Pour accéder à une page de manuel, invoquez simplement man nom, où nom est un nom de commande ou de fonction. Dans un petit nombre de cas, le même nom apparaît dans plusieurs sections; vous pouvez indiquer explicitement la section en plaçant son numéro devant le nom. Par exemple, si vous saisissez la commande suivante, vous obtiendrez la page de manuel pour la commande sleep (dans la section~1 des pages de manuel Linux):

% man sleep

Pour visualiser la page de manuel de la fonction sleep de la bibliothèque standard, utilisez cette commande:

% man 3 sleep

Chaque page de manuel comprend un résumé sur une ligne de la commande ou fonction. La commande whatis nom liste toutes les pages de manuel (de toutes les sections) pour une commande ou une fonction correspondant à nom. Si vous n'êtes pas sûr de la commande ou fonction à utiliser, vous pouvez effectuer une recherche par mot-clé sur les résumés via man -k mot-clé.

Les pages de manuel contiennent des informations très utiles et devraient être le premier endroit vers lequel vous orientez vos recherches. La page de manuel d'une commande décrit ses options en ligne de commande et leurs arguments, ses entrées et sorties, ses codes d'erreur, sa configuration et ce qu'elle fait. La page de manuel d'un appel système ou d'une fonction de bibliothèque décrit les paramètres et valeurs de retour, liste les codes d'erreur et les effets de bord et spécifie le fichier d'entête à inclure si vous utilisez la fonction.

Le système de documentation Info contient des informations plus détaillées pour beaucoup de composants fondamentaux du système GNU/Linux et quelques autres programmes. Les pages Info sont des documents hypertextes, similaires aux pages Web. Pour lancer le navigateur texte Info, tapez simplement info à l'invite de commande. Vous obtiendrez un menu avec les documents Info présents sur votre système (appuyez sur Ctrl+H pour afficher les touches permettant de naviguer au sein d'un document Info).

Parmi les documents Info les plus utiles, on trouve:

• gcc Le compilateur gcc
• libc La bibliothèque C GNU, avec beaucoup d'appels système
• gdb Le débogueur GNU
• emacs L'éditeur de texte Emacs
• info Le système Info lui-même

Presque tous les outils de programmation standards sous Linux (y compris ld, l'éditeur de liens; as, l'assembleur et gprof, le profiler) sont accompagnés de pages Info très utiles. Vous pouvez accéder directement à un document Info en particulier en indiquant le nom de la page sur la ligne de commandes:

% info libc

Si vous programmez la plupart du temps sous Emacs, vous pouvez accéder au navigateur Info intégré en appuyant sur M-x info ou C-h i.

Vous pouvez en apprendre beaucoup sur les fonctions système disponibles et comment les utiliser en observant les fichiers d'entête. Ils sont placés dans /usr/include et /usr/include/sys. Si vous obtenez des erreurs de compilation lors de l'utilisation d'un appel système, par exemple, regardez le fichier d'entête correspondant pour vérifier que la signature de la fonction est la même que celle présentée sur la page de manuel.

Sur les systèmes Linux, beaucoup de détails obscurs sur le fonctionnement des appels systèmes apparaissent dans les fichiers d'entête placés dans les répertoires /usr/include/bits, /usr/include/asm et /usr/include/linux. Par exemple, le fichier /usr/include/bits/signum.h définit les valeurs numériques des signaux (décrits dans la Section signaux, Section signaux du Chapitre processus, Chapitre processus). Ces fichiers d'entête constituent une bonne lecture pour les esprits curieux. Ne les incluez pas directement dans vos programmes, cependant; utilisez toujours les fichiers d'entête de /usr/include ou ceux mentionnés dans la page de manuel de la fonction que vous utilisez.

Nous sommes dans l'Open Source, non? Le juge en dernier ressort de la façon dont doit fonctionner le système est le code source, et par chance pour les programmeurs Linux, ce code source est disponible librement. Il y a des chances pour que votre système Linux comprenne tout le code source du système et des programmes fournis; si ce n'est pas le cas, vous avez le droit, selon les termes de la Licence Publique Générale GNU, de les demander au distributeur (le code source n'est toutefois pas forcément installé. Consultez la documentation de votre distribution pour savoir comment l'installer).

Le code source du noyau Linux lui-même est habituellement stocké sous /usr/src/linux. Si ce livre vous laisse sur votre faim concernant les détails sur le fonctionnement des processus, de la mémoire partagée et des périphériques système, vous pouvez toujours apprendre directement à partir du code. La plupart des fonctions décrites dans ce livre sont implémentées dans la bibliothèque C GNU ; consultez la documentation de votre distribution pour connaître l'emplacement du code source de la bibliothèque C.