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

Моосковскийй Государрственныйй Университет имеени М.В. ЛомоноссоваФакуультет вычислителльной маттематики и кибернеетики С..В. Герасиимов, И.ВВ. Машечккин, М.И. ППетровский, И.С.ППопов,  А.Н. Тереххин, А.В. ЧЧернов Иннструмменталььные срредстваа разрааботки ППО в ОСОUNIX(учеебно-меттодическкое посообие)Москва2011  Оглавление Введение ....................................................................................................2 Компиляция и компоновка с помощью GNU Compiler Collection ......5 Схема трансляции программ, написанных на Си ..............................6 Запуск транслятора gcc .........................................................................8 Использование стандартных библиотек языка Си...........................11 Компоновка программы ......................................................................12 Программы из нескольких единиц трансляции ...............................14 Отладка в The GNU Project Debugger ...................................................16 Запуск исследуемой программы из-под отладчика .........................17 Подключение отладчика к работающей программе ........................18 «Посмертная» отладка ........................................................................19 Основные команды отладчика ...........................................................21 Сборка программы с помощью GNU Make .........................................24 Разработка в Code::Blocks ......................................................................34 Профилирование в Valgrind ...................................................................35 Memcheck .............................................................................................36 Massif ....................................................................................................38 Cachegrind .............................................................................................41 Callgrind ................................................................................................46 Автоматическое тестирование в CUnit .................................................48 Реестры .................................................................................................51 Наборы ..................................................................................................51 Тесты .....................................................................................................52 Проверки...............................................................................................52 Запуск тестов........................................................................................53 Базовый режим .................................................................................53 Интерактивный режим ....................................................................53 3Получение результатов прохождения тестов................................54 Пример использования CUnit.............................................................55 Документирование исходных текстов программ с использованиемDoxygen ....................................................................................................59 Документирование исходного кода ...................................................61 Блоки комментариев ........................................................................61 Документирование функций ...........................................................63 Запуск Doxygen ....................................................................................64  4Введение Результатами 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  Compiler Collection GNU 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).5• Программы-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 Си Рассмотрим 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 gcc Рассмотрим основные возможности транслятора GNU Си. Вкомандной строке задаётся список файлов для обработки. Какиеоперации необходимо выполнить с файлами – зависит от суффиксаимен файлов. Возможные суффиксы перечислены в таблице ниже.Если имя файла имеет нераспознанный суффикс, это имя передаётсякомпоновщику.Суффикс именифайлаВыполняемые действия.hЗаголовочный файл на языке Си.