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第一章:CLion 高级配置(⭐)
1.1 安装和配置 WSL2
1.1.1 概述
- WSL2,全称为 Windows Subsystem for Linux 2,是微软提供的一种技术,允许用户在 Windows 操作系统上运行 Linux 内核。WSL2 是 WSL1 的升级版,它引入了一个真正的 Linux 内核来代替 WSL1 中使用的兼容层,从而提供更高的性能和更广泛的系统调用支持。
- 和传统的虚拟化技术的对比,如下所示:
Note
WSL2 的功能,如下所示:
- ① 真实的 Linux 内核:WSL2 使用了微软开发的轻量级虚拟机,它包含了一个完整的 Linux 内核。这意味着 WSL2 能够运行更多的 Linux 应用程序,并且支持更多的系统调用。
- ② 文件系统性能提升:WSL2 的文件系统性能比 WSL1 有显著提升。对于 I/O 密集型的操作,如:编译代码或数据库操作,WSL2 能够提供更快的速度。
- ③ 兼容性增强:由于使用了真实的 Linux 内核,WSL2 对 Linux 应用程序的兼容性大幅提高。许多在 WSL1 上不能运行或需要调整的应用程序,可以在 WSL2 上直接运行。
- ④ 网络功能改进:WSL2 提供了更好的网络集成,能够更容易地与 Windows 上的其他网络资源进行交互。
- ⑤ 资源使用优化:WSL2 使用轻量级虚拟机,比传统的虚拟机占用更少的资源,同时提供了类似的隔离和安全性。
Note
WSL2 的用途,如下所示:
- ① 开发环境:WSL2 为开发者提供了一个原生的 Linux 开发环境,而无需离开 Windows 。这对于需要在 Linux 上开发、测试或运行应用程序的开发者非常有帮助。
- ② 学习和实验:用户可以使用 WSL2 在 Windows 上学习和实验 Linux 命令行工具和应用程序,而无需设置双重引导系统或安装虚拟机。
- ③ 多平台开发:对于跨平台开发者来说,WSL2 允许他们在一个操作系统上同时进行 Windows 和 Linux 平台的开发和测试,提高工作效率。
- ④ 运行 Linux 工具和应用程序:WSL2 支持在 Windows 上直接运行各种 Linux 工具和应用程序,如:Docker、数据库、编程语言环境等。
1.1.2 WSL2 的安装
- ① BIOS 或 UEFI 中,开启虚拟化:步骤略。
- ② 查看是否开启了虚拟化:
- ③ 启用适用于 Linux 的 Windows 子系统:
Important
以管理员身份打开 PowerShell 并运行,执行完下面命令之后,如果提示需要重启计算机,那就重启计算机!!!
dism.exe /online /enable-feature /featurename:Microsoft-Windows-Subsystem-Linux /all /norestart
- ④ 启用虚拟机功能:
Important
以管理员身份打开 PowerShell 并运行,执行完下面命令之后,如果提示需要重启计算机,那就重启计算机!!!
dism.exe /online /enable-feature /featurename:VirtualMachinePlatform /all /norestart
- ⑤ 更新 Linux 内核包:
Important
WSL2 的最新 Linux 内核包托管在 GitHub 上,某些国家可能会污染 Github 相关的域名,那么就需要手动下载,然后安装即可,下载地址在这里。
wsl --update
- ⑥ 将 wsl2 设置为默认版本:
wsl --set-default-version 2
- ⑦ 查看官方在线支持的 Linux 版本:
wsl --list --online
- ⑧ 安装指定版本的 Linux :
Important
官方支持的 Linux 版本,托管在 Github 上,某些国家可能会污染 Github 的域名,有如下两种解决方案:
- ① 科学上网。
- ② 在
Microsoft Store
中搜索并安装。
wsl --install Ubuntu-24.04
- ⑨ 在 Microsoft Store 中搜索并安装(可选):
- ⑩ 查询本地安装的 Linux 版本:
wsl --list
1.1.3 配置 WSL2
- 本人的安装的是 AlmaLinux9 ,所以需要执行如下命令,以便安装 cmake 相关工具链:
sudo dnf update -y # 更新包管理器
sudo dnf groupinstall "Development Tools" -y # 安装开发工具包
sudo dnf install gcc gcc-c++ -y # 安装GCC相关工具链
sudo dnf install cmake -y # 安装 cmake
sudo dnf install make -y # 安装 make
sudo dnf install gdb -y # 安装 gdb
- 可以通过 CLion 测试是否安装成功:
1.1.4 配置 WSL2
- 本人的安装的是 Ubuntu 24.04,所以需要执行如下命令,以便安装 cmake 相关工具链:
sudo apt update && sudo apt upgrade -y # 更新包管理器
sudo apt install build-essential -y # 安装开发工具包
sudo apt install gcc g++ -y # 安装 GCC 相关工具链
sudo apt install cmake -y # 安装 cmake
sudo apt install gdb -y # 安装 gdb
- 可以通过 CLion 测试是否安装成功:
1.2 切换 CLion 中的 cmake 的工具链
- 可以在 CLoin 中切换 cmake 的工具链,以便支持不同平台的 cmake ,即:
1.3 修改 CMakeLists.txt 文件
- 前文也提到了,在一个 C 语言项目中,只能有一个 main() 函数;但是,我们可以修改
CMakeLists.txt
文件的内容,以便其支持在一个 C 语言项目中,可以同时运行多个包含 main() 函数的文件。
Note
- ① 其实,这样设置的目的:就是为了让每个
.c
文件都可以编译为一个独立的可执行文件,而不是所有的.c
文件编译为一个可执行文件。- ② 在实际开发中,对于 C 语言项目而言,当然必须只能有一个
main()
函数(只有一个.c
文件包含main()
函数,其余的.c
文件中包含函数声明或函数实现),因为程序有且仅有一个入口。
CMakeLists.txt
文件的位置,如下所示:
CMakeLists.txt
文件的内容,如下所示:
cmake_minimum_required(VERSION 3.22.1)
# 项目名称和版本号
project(c-study VERSION 1.0 LANGUAGES C)
# 设置 C 标准
set(CMAKE_C_STANDARD 23)
set(CMAKE_C_STANDARD_REQUIRED True)
set(CMAKE_C_EXTENSIONS OFF)
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -g")
if (CMAKE_BUILD_TYPE STREQUAL "Debug")
add_definitions(-D_DEBUG)
elseif (CMAKE_BUILD_TYPE STREQUAL "Release")
add_definitions(-DNDEBUG)
elseif (CMAKE_BUILD_TYPE STREQUAL "RelWithDebInfo")
add_definitions(-DRELWITHDEBINFO)
elseif (CMAKE_BUILD_TYPE STREQUAL "MinSizeRel")
add_definitions(-DMINSIZEREL)
endif ()
# 辅助函数,用于递归查找所有源文件
function(collect_sources result dir)
file(GLOB_RECURSE new_sources "${dir}/*.c")
set(${result} ${${result}} ${new_sources} PARENT_SCOPE)
endfunction()
# 查找顶层 include 目录(如果存在)
if (EXISTS "${CMAKE_SOURCE_DIR}/include")
include_directories(${CMAKE_SOURCE_DIR}/include)
endif ()
# 查找所有源文件
set(SOURCES)
collect_sources(SOURCES ${CMAKE_SOURCE_DIR})
# 用于存储已经处理过的可执行文件名,防止重复
set(EXECUTABLE_NAMES)
# 创建可执行文件
foreach (SOURCE ${SOURCES})
# 获取文件的相对路径
file(RELATIVE_PATH REL_PATH ${CMAKE_SOURCE_DIR} ${SOURCE})
# 将路径中的斜杠替换为下划线,生成唯一的可执行文件名
string(REPLACE "/" "_" EXECUTABLE_NAME ${REL_PATH})
string(REPLACE "\\" "_" EXECUTABLE_NAME ${EXECUTABLE_NAME})
string(REPLACE "." "_" EXECUTABLE_NAME ${EXECUTABLE_NAME})
# 处理与 CMakeLists.txt 文件同名的问题
if (${EXECUTABLE_NAME} STREQUAL "CMakeLists_txt")
set(EXECUTABLE_NAME "${EXECUTABLE_NAME}_exec")
endif ()
# 检查是否已经创建过同名的可执行文件
if (NOT EXECUTABLE_NAME IN_LIST EXECUTABLE_NAMES)
list(APPEND EXECUTABLE_NAMES ${EXECUTABLE_NAME})
# 链接 math 库
LINK_LIBRARIES(m)
# 创建可执行文件
add_executable(${EXECUTABLE_NAME} ${SOURCE})
# 查找源文件所在的目录,并添加为包含目录(头文件可能在同一目录下)
get_filename_component(DIR ${SOURCE} DIRECTORY)
target_include_directories(${EXECUTABLE_NAME} PRIVATE ${DIR})
# 检查并添加子目录中的 include 目录(如果存在)
if (EXISTS "${DIR}/include")
target_include_directories(${EXECUTABLE_NAME} PRIVATE ${DIR}/include)
endif ()
# 检查并添加 module 目录中的所有 C 文件(如果存在)
if (EXISTS "${DIR}/module")
file(GLOB_RECURSE MODULE_SOURCES "${DIR}/module/*.c")
target_sources(${EXECUTABLE_NAME} PRIVATE ${MODULE_SOURCES})
endif ()
endif ()
endforeach ()
1.4 配置 .clang-format 文件
- 配置
.clang-format
格式化文件,以便写代码的时候,可以自动保存并格式化 C 程序代码,如下所示:
.clang-format
的内容,如下所示:
BasedOnStyle: LLVM
IndentWidth: 4
UseTab: Never
ColumnLimit: 0
# 控制大括号的位置
BreakBeforeBraces: Attach
# 控制空行的使用
EmptyLineBeforeAccessModifier: Never
KeepEmptyLinesAtTheStartOfBlocks: true
# 控制短函数、短 if 语句和循环的格式
AllowShortFunctionsOnASingleLine: Empty
AllowShortIfStatementsOnASingleLine: false
AllowShortLoopsOnASingleLine: false
# 控制其他格式选项
AlignConsecutiveAssignments: true
AlignConsecutiveDeclarations: true
# 控制注释的格式化
ReflowComments: true
# 控制包含指令的格式化
IncludeBlocks: Regroup
SortIncludes: CaseInsensitive
SpaceBeforeParens: ControlStatements
SpacesInParentheses: false
SpacesInAngles: false
SpacesInContainerLiterals: false
SpacesInCStyleCastParentheses: false
# 控制 switch-case 格式
IndentCaseLabels: true
- CLion 中配置
保存
的时候自动格式化
,即:
1.5 配置 .gitignore 文件
- 需要在项目中,配置
.gitignore
文件,以便在提交代码到 Git 仓库的时候,忽略某些文件或目录,如下所示:
.gitignore
文件的内容,如下所示:
.vscode
.idea
cmake-build-*
build
1.6 演示
- 我们可以在项目中,临时创建或复制一个文件,看上述配置是否生效,即:
Note
如果是复制并粘贴一个文件到项目中,请点击
重新加载 CMake 项目
!!!
第二章:C 语言的编译过程(⭐)
2.1 概述
- C 程序的编译过程,如下所示:
- 过程 ① :编写(编辑)源代码,即:编写 C 语言源程序代码,并以文件的形式存储在磁盘中。
Note
源程序需要以
.c
作为扩展名。
- 过程 ② :编译,即:将 C 语言源程序转换为
目标程序(或目标文件)
。如果程序没有错误,没有任何提示,就会生成一个扩展名为.obj
或.o
的二进制文件。C 语言中的每条可执行语句经过编译之后,最终都会转换为二进制的机器指令。
Note
① 其实,
编译阶段
包含了预处理
、编译
和汇编
。②
预处理
是编译过程的第一个阶段。在这个阶段,预处理器处理源代码中的指令(例如:#include
、#define
等),主要任务包括:
头文件包含:将头文件的内容插入到源文件中。例如:
#include <stdio.h>
会被替换为stdio.h
文件的内容。宏展开:替换宏定义。例如:
#define PI 3.14
会将代码中的PI
替换为3.14
。条件编译:根据条件指令(如:
#ifdef
、#ifndef
)有选择地编译代码。删除代码中的注释,但是不会进行语法检查。
预处理完成后,生成一个扩展名为
.i
的中间文件。③
编译
是将预处理后的源代码转换为汇编代码的过程。在这个阶段,编译器会检查代码的语法和语义,将其转换为目标机器的汇编语言,生成一个扩展名为.s
的汇编文件。④
汇编
是将汇编代码转换为机器代码(也称为目标代码或目标文件)的过程。在这个阶段,汇编器将汇编指令转换为二进制机器指令,生成一个扩展名为.o
或.obj
的目标文件。
- 过程 ③ :链接(连接),即:将编译形成的目标文件
*.obj
或*.o
和库函数以及其他目录文件链接
,形成一个统一的二进制文件*.exe
。
Note
- 为什么需要链接库文件?
- 因为我们的 C 程序会使用 C 程序库中的内容,如:
<stdio.h>
中的printf()
函数,这些函数不是程序员自己写的,而是 C 程序库中提供的,因此需要链接。其实,在链接过程中,还会加入启动代码,这个启动代码(和系统相关,Linux 下主要有 crt0.c、crti.c 等,它们设置堆栈后,再调用 main() 函数)负责初始化程序运行时的环境。
- 过程 ④ :执行,即:有了可执行的
*.exe
文件,我们就可以在控制台上执行运行此*.exe
文件。
Note
如果
修改
了源代码,还需要重新编译
、链接
,并生成新的*.exe
文件,再执行,方能生效。
2.2 GCC 编译器的介绍
- 编辑器,如:vim 、vscode 等,是指我们用它来编写源程序的(编辑代码),而我们写的代码语句,电脑是不懂的,我们需要把它转成电脑能懂的语句,编译器就是这样的转化工具。换言之,我们用编辑器编写程序,由编译器编译后才可以运行!
- 编译器是将易于编写、阅读和维护的高级计算机语言翻译为计算机能解读、运行的低级机器语言的程序。
- gcc(GNU Compiler Collection,GNU 编译器套件),是由 GNU 开发的编程语言编译器。gcc 原本作为 GNU 操作系统的官方编译器,现已被大多数类 Unix 操作系统(如:Linux、BSD、Mac OS X 等)采纳为标准的编译器,gcc 同样适用于微软的 Windows 。
- gcc 最初用于编译 C 语言,随着项目的发展, gcc 已经成为了能够编译 C、C++、Java、Ada、fortran、Object C、Object C++、Go 语言的编译器大家族。
2.3 通过 gcc 直接生成可执行文件
- 示例:进行预处理、编译、汇编和链接
gcc HelloWorld.c -o HelloWorld.exe
2.4 通过 gcc 分步编译
2.4.1 概述
- 预处理命令:
# 通常以 .i 结尾表示这个文件是一个中间状态
gcc -E 源文件.c -o 源文件.i
- 编译(预处理和编译)命令:
# 在 Linux 中,通常以 .s 结尾;在 Windows 中,通常以 .asm 结尾
gcc -S 源文件.i -o 源文件.s
- 汇编(预处理、编译和汇编)命令:
# 在 Linux 中,通常以 .o 结尾;在 Windows 中,通常以 .obj 结尾
gcc -c 源文件.s -o 源文件.o
- 链接(预处理、编译、汇编和链接)命令:
# 在 Linux 中,通常以 .out 结尾;在 Windows 中,通常以 .exe 结尾
gcc 源文件.o -o 源文件.exe
2.4.2 应用示例
- 示例:只进行预处理
gcc -E HelloWorld.c -o HelloWorld.i
- 示例:只进行预处理和编译
gcc -S HelloWorld.i -o HelloWorld.s
- 示例:只进行预处理、编译和汇编
gcc -c HelloWorld.s -o HelloWorld.o
- 示例:进行预处理、编译、汇编和链接
gcc HelloWorld.o -o HelloWorld.exe
第三章:附录
3.1 WSL2 代理问题
- 在安装和配置 WSL2 之后,可能会出现如下的提示,即:
- 那么,只需要修改
%USERPROFILE%\.wslconfig
文件,内容如下:
Note
如果没有该文件,则需要自己新建该文件!!!
[wsl2]
networkingMode=mirrored
dnsTunneling=true
firewall=true
autoProxy=true
[experimental]
# requires dnsTunneling but are also OPTIONAL
bestEffortDnsParsing=true
useWindowsDnsCache=true
- 在命令行中,执行如下的命令:
wsl --shutdown
- 此时,再打开终端,就没有这种提示了:
3.2 CLion 调试问题
- 在 CLion 中进行 run(运行)程序的时候,对于
printf
函数或scanf
函数很正常,如下所示:
- 但是,当我们 debug(调试) 的时候,对于
printf
函数或scanf
函数会一直没有输出,如下所示:
- 原因是
scanf
函数并不是直接让用户从键盘输入数据,而是先检查缓冲区,处理缓冲区中的数据;当遇到scanf
函数时,程序会先检查输入缓冲区中是否有数据,所以解决方案就是禁用缓冲区
,如下所示:
#include <stdio.h>
int main() {
// 禁用 stdout 缓冲区
setbuf(stdout, NULL);
int a, b, c;
printf("请输入整数 a 、b 和 c 的值:");
scanf("%d %d %d", &a, &b, &c);
int result = a * b * c;
printf("%d × %d × %d = %d", a, b, c, result);
return 0;
}
- 那么,就会达到我们想要的效果了,如下所示:
3.3 Win 中文乱码问题
- 之前,我们提及到,在 Win 中,如果出现
中文乱码
问题,就需要去语言和区别
设置系统区域
的编码为 UTF-8 ;但是,这样可能会造成其它的软件出现中文乱码问题,如:Xshell 等。
Note
- ① 之所以,修改系统的编码为 UTF-8 会出现问题,是因为早期的 Win 系统的中文默认编码是 GBK(目前也是,Win 并没有强制第三方软件使用 UTF-8 编码) ,而 Xshell 等也使用的这些编码,一旦我们修改为 UTF-8 之后,可能会造成这些第三方软件出现中文乱码问题(第三方软件适配问题,相信将来应该都会切换为 UTF-8 编码),体验较差!!!
- ② 在 Linux 或 MacOS 之所以不会出现中文乱码的问题,是因为这些系统默认的编码就是 UTF-8 。
- 其实,还有一种解决方案,如下所示:
- 测试一下,是否配置成功:
3.4 CLion 中自动导入头文件
- 在 CLion 中,最为强大的功能就是直接输入函数,然后让 IDE 帮我们自动导入头文件,包括自定义的头文件,相当实用。
Note
- ① CLion 中的
自动导入头文件
的快捷键
是Alt + Enter
。- ② CLion 中的
自动提取变量的类型
的快捷键
是Ctrl + Alt + V
。
- 开启自动导入头文件的步骤,如下所示:
3.5 WSL2 启用 systemd
3.5.1 概述
- 根据 systemd.io:“systemd 是 Linux 系统的基本构建基块套件。 它提供一个系统和服务管理器,该管理器作为 PID 1 运行并启动系统的其余部分。”
- Systemd 主要是一个 init 系统和服务管理器,它包括按需启动守护程序、装载和自动装载点维护、快照支持以及使用 Linux 控制组进行跟踪等功能。
- 大多数主要的 Linux 发行版现在都运行 systemd,因此在 WSL2 上启用它可使体验更接近于使用裸机 Linux。
Caution
- ① 默认情况下,在 WSL2 中,只有 Ubuntu 才会将 systemd 作为 pid-1 的守护进程(微软维护和定制的 Ubuntu 版本,在 GitHub 的 Codespace 中默认的 Linux 环境就是 Ubuntu)。而其余基于 WSL2 为内核的 Linux 发行版本并不会将 systemd 作为 pid-1 的守护进程,而是会使用 init 作为 pid-1 的守护进程。
- ② 需要注意的是,很多 Linux 软件都需要 systemd 来进行管理,如:Docker 。
- ③ 本次以 AlmaLinux9 作为演示!!!
- 检查进程树,判断 systemd 是否正在运行:
ps -p 1 -o comm= # 如果显示 systemd ,则表示 systemd 正在运行
3.5.2 操作步骤
- ① 查询 WSL2 的版本,确保 WSL2 的版本为
0.67.6
或更高版本:
# 如果未满足要求,则使用 wsl --update 更新 WSL2 版本
wsl --version # 在 win 中的 cmd 或 PowerShell 执行该命令
- ② 向
/etc/wsl.conf
配置文件中写入以下内容:
cat <<EOF | tee /etc/wsl.conf
[boot]
systemd=true
EOF
- ③ 重启 WSL 实例:
wsl --shutdown # 在 win 中的 cmd 或 PowerShell 执行该命令
- ④ 查看是否启用成功:
ps -p 1 -o comm=
3.6 GCC 查看支持的 C 语言标准版本
3.6.1 概述
- GCC 是个跨平台的项目,支持 Windows、Linux 和 MacOS ,那么查看它支持的 C 语言标准版本就非常重要,以防止我们使用了新的 C 语言语法,本地却还是旧的 GCC 支持的 C 语言标准。
3.6.2 查看支持 C 语言标准版本的方法
- 可以执行如下的命令,查看 GCC 支持的 C 语言标准的版本:
gcc -E -dM - </dev/null | grep "STDC_VERSION"
Note
其实就是通过
__STDC_VERSION__
的值,来查看支持的版本:
- 如果没有查到,则默认是 c89 的标准。
- 如果是
#define __STDC_VERSION__ 199901L
,则默认支持的是 C99 标准。- 如果是
#define __STDC_VERSION__ 201112L
,则默认支持是的 C11 标准。- 如果是
#define __STDC_VERSION__ 201710L
,则默认支持的是 C17 标准。- 如果是
#define __STDC_VERSION__ 2023xxL
,则默认支持的是 C23 标准。需要说明的是,在本文撰写之前,C23 标准目前还是草案,并没有完全确定下来。
3.6.3 切换 GCC 默认支持的 C 语言标准版本
3.6.3.1 环境变量方式
- 可以通过设置一个环境变量,来更改默认的 C 语言的标准版本:
echo 'export CFLAGS="-std=c11"' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
- 验证是否有效:
echo $CFLAGS
3.6.3.2 CMake 方式
- CMake 方式最简单了,只需要修改配置文件 CMakeLists.txt 文件,如下所示:
cmake_minimum_required(VERSION 3.22.1)
project(c-study VERSION 1.0 LANGUAGES C)
# 设置 C 标准
set(CMAKE_C_STANDARD 23)
...
3.6.3.3 命令行方式
- 有的时候,我们临时想验证某个版本的新特性,就可以只用在命令行中添加参数,来改变支持的 C 语言标准版本,如下所示:
gcc -std=c89 ...
gcc -std=c99 ...
gcc -std=c11 ...
gcc -std=c17 ...
3.7 CLion 如何集成 MSYS2?
3.7.1 概述
- CLion 在 Windows 中默认集成的是
MinGW
,可能无法满足我们的需求,我们需要使用MSYS2
,因为其提供的包管理器太好用了。
Note
需要说明的是,
MSYS2
包含了MinGW
,这也是我们为什么在Windows
上为什么使用MSYS2
的其中一个原因。
3.7.2 集成方法
- ① 所有设置:
- ② 工具链:
3.8 CLion 中代码模板的使用
3.8.1 概述
- 在学习 C 语言的过程中,可能会不停的写这样的模板代码,如下所示:
#include <stdio.h>
int main() {
// 禁用 stdout 缓冲区
setbuf(stdout, nullptr);
return 0;
}
- 刚开始写,还感觉比较新鲜,非常好玩。但是,随着时间的深入,我们会感觉特别繁琐,又很无聊。那么,能否在 CLion 中配置一下,让其为我们自动生成呢?
3.8.2 配置方法
- ① 点击
设置
:
- ②
编辑器
-->文件和代码模板
:
- ③ 点击
+
,配置对应的内容:
Note
模板的内容,如下所示:
#[[#include]]# <stdio.h> int main() { // 禁用 stdout 缓冲区 setbuf(stdout, nullptr); return 0; }