С.В. Герасимов, И.В. Машечкин, М.И. Петровский и др. - Инструментальные средства разработки ПО в ОС UNIX

Московский Государственный Университет имени М.В. ЛомоносоваФакультет вычислительной математики и кибернетикиС.В. Герасимов, И.В. Машечкин, М.И. Петровский, И.С. Попов, А.Н.Терехин, А.В. ЧерновИнструментальные средства разработки ПО в ОСUNIX(учебно-методическое пособие)Москва20111УДК 004.4'23 004.432.2 004.428.2 004.4'42 004.416.2 004.451.9ББК 32.973-018.2C40В пособии рассматриваются популярные инструментальныесредства поддержки жизненного цикла разработки ПО в ОС UNIX.Материал подготовлен авторами на основании практического опытаприменения соответствующих инструментов. Пособие создано вподдержку курса «Операционные системы», читаемому студентам 2го курса на факультете ВМК МГУ имени М.В.Ломоносова.Материал рассчитан на широкий круг читателей: студентов,аспирантов и преподавателей, а также всех интересующихсяпрограммированием в ОС UNIX.УДК 004.4'23 004.432.2004.428.2 004.4'42004.416.2 004.451.9ББК 32.973-018.2Рецензенты:доцентИ.А.ВолковадоцентЕ.А.КузьменковаГерасимов С.В., Машечкин И.В., Петровский М.И., Попов И.С.,Терехин А.Н., Чернов А.В.С40 Инструментальные средства разработки ПО в ОС UNIX:учебно-методическое пособие.Издательский отдел факультета ВМК МГУ 2011, - 68 c.Печатается по решению Редакционно-издательского Советафакультета вычислительной математики и кибернетики МГУ им.М.В.

ЛомоносоваISBN 978-5-89407-458-0© Издательский отдел факультета вычислительной математики икибернетики МГУ имени М.В. Ломоносова, 2011© Герасимов С.В., Машечкин И.В., Петровский М.И., Попов И.С.,Терехин А.Н., Чернов А.В.2ОглавлениеВведение ....................................................................................................5Компиляция и компоновка с помощью GNU Compiler Collection ......5Схема трансляции программ, написанных на Си ..............................6Запуск транслятора gcc .........................................................................8Использование стандартных библиотек языка Си...........................11Компоновка программы......................................................................12Программы из нескольких единиц трансляции ...............................14Отладка в The GNU Project Debugger ...................................................16Запуск исследуемой программы из-под отладчика .........................17Подключение отладчика к работающей программе ........................18«Посмертная» отладка ........................................................................19Основные команды отладчика ...........................................................21Сборка программы с помощью GNU Make .........................................24Разработка в Code::Blocks ......................................................................34Профилирование в Valgrind ...................................................................35Memcheck .............................................................................................36Massif ....................................................................................................38Cachegrind .............................................................................................41Callgrind ................................................................................................46Автоматическое тестирование в CUnit .................................................48Реестры .................................................................................................51Наборы ..................................................................................................51Тесты .....................................................................................................52Проверки...............................................................................................52Запуск тестов........................................................................................53Базовый режим .................................................................................53Интерактивный режим ....................................................................53Получение результатов прохождения тестов................................54Пример использования CUnit.............................................................553Документирование исходных текстов программ с использованиемDoxygen ....................................................................................................59Документирование исходного кода ...................................................61Блоки комментариев ........................................................................61Документирование функций ...........................................................63Запуск Doxygen ....................................................................................644ВведениеРезультатами работы над большими программными проектамиявляются сотни тысяч, иногда миллионы строк исходного кода,создаваемые на протяжении нескольких лет командами из десятковразработчиков.Для продуктивной работы в сфере разработки ПОсовременный специалист должен обладать глубокими знаниями вобласти программной инженерии (англ., software engineering) –инженерных подходах, позволяющих систематизировать работу врамках жизненного цикла ПО (англ., software development life cycle) иповысить качество результата.Данное методическое пособие является кратким обзоромпопулярных средствинструментальной поддержки процессовжизненного цикла ПО, используемых разработчиками воперационных системах семейства UNIX.

Наряду с ключевымиинструментами, такими как компилятор и редактор внешних связейиз набора GNU Compiler Collection, отладчик GNU Debugger иинтегрированная среда разработки Code::Blocks, в пособиирассматриваются дополнительные средства, позволяющие повыситьэффективность работы при разработке ПО: система автоматизациисборки GNU Make, профилировщик Valgrind, система модульноготестирования CUnit и система документирования исходных текстовDoxygen.Компиляция и компоновка с помощью GNU CompilerCollectionGNU compiler collection (GCC) (http://gcc.gnu.org) – этоинструментальное средство разработки программ на языках Си,Си++, Фортран и других.

GCC включает в себя:Препроцессоры программ на языках Си и Си++.Компиляторы для поддерживаемых языков. В мире Unix подкомпилятором (в узком смысле) понимается программа,выдающая в качестве результата текст программы на языкеассемблера.Стандартные библиотеки языков Си++ и других (кроме Си).5Программы-драйверы компиляции, которые предоставляютуниверсальный интерфейс командной строки ко всемкомпонентам GCC и связанным с ними системным утилитам.Например, программа gcc позволяет управлять компиляциейпрограмм на Си, g++ - компиляцией программ на Си++ и т. д.В состав GCC не входят:Ассемблер (GNU Assembler, команда as), компоновщик (GNUlinker, команда ld1) и некоторые другие утилиты для работы собъектными и исполняемыми файлами.

В Linux они находятсяв инсталляционном пакете binutils.Заголовочные файлы и объектные модули стандартнойбиблиотеки языка Си. В Linux они находятся винсталляционных пакетах glibc, glibc-devel, glibc-static.Тем не менее, они необходимы для компиляции программ на Си,ввиду чего будут рассмотрены наряду с инструментами GCC.Команда запуска GCC для языка Си в общем виде выглядитследующим образом:gcc <параметры>, где в параметрах могут идти вперемешку имена входных файловдля компиляции и опции, управляющие компиляцией. В дальнейшихразделах использование gcc описывается более подробно.Схема трансляции программ, написанных на СиРассмотрим схему трансляции программы на языке Си,которая традиционно используется в системах Unix.Трансляция программы состоит из следующих этапов:препроцессирование;трансляция в ассемблер;ассемблирование;компоновка.Традиционно исходные файлы программы на языке Си имеютсуффикс имени файла .c, заголовочные файлы для программы на Сиимеют суффикс .h.

В файловых системах Unix регистр букв значим,1Название команды происходит от английского слова «load» - «загрузка».6и если, например, имя файла имеет суффикс .C, такой файлсчитается содержащим текст программы на языке Си++, и будеткомпилироваться компилятором языка Си++, а не Си.Препроцессирование. Препроцессор просматривает входной.c файл, исполняет содержащиеся в нём директивы препроцессора, вчастности, включает в него содержимое других файлов, указанных вдирективах #include.Файл-результат препроцессирования не содержит директивпрепроцессора, не раскрытых макросов, вместо директив #include вфайл-результатподставленосодержимоесоответствующихзаголовочных файлов.

Файл с результатом препроцессированияобычно имеет суффикс .i, однако после завершения трансляции всепромежуточные временные файлы по умолчанию удаляются,поэтому чтобы увидеть результат препроцессирования (что,например, бывает полезно при отладке ошибок, связанных снебрежным использованием макросов) нужно использовать опцию-E командной строки gcc. Результат препроцессирования называетсяединицей трансляции (англ., translation unit) или единицейкомпиляции (англ., compilation unit)Трансляция в ассемблер.

На вход подаётся одна единицатрансляции, а на выходе (при отсутствии синтаксических исемантических ошибок) выдаётся файл на языке ассемблера для (какправило) машины, на которой ведётся трансляция. Файл соттранслированной программой на языке ассемблера имеет суффиксимени .s, но точно так же, как и результат работы препроцессора, онпо умолчанию удаляется.Ассемблирование. На этой стадии работает ассемблер. Онполучает на входе результат работы предыдущей стадии игенерирует на выходе объектный файл. Объектные файлы в UNIXимеют суффикс .o.Компоновка. Компоновщик получает на вход наборобъектных файлов, соответствующим единицам трансляции,составляющим программу, подключает к ним стандартнуюбиблиотеку языка Си и библиотеки, указанные пользователем, и навыходе получает исполняемую программу.7Запуск транслятора gccРассмотрим основные возможности транслятора GNU Си. Вкомандной строке задаётся список файлов для обработки.