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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:

  • 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。
  • 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 密集型的操作编译代码或数据库操作WSL2 能够提供更快的速度。
  • 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。
  • 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。
  • 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:

  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 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.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汇编

  • 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。

  • 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。

  • 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.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*.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。
  • gccGNU Compiler CollectionGNU 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快捷键Alt + Enter
  • ② CLion 中的自动提取变量的类型快捷键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

  • 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;
}