PC Laborator 2 - Revizia istoricului

Rhobincu: /* Optimizări */

2017-10-03T22:29:23Z

Optimizări

Rhobincu: /* Variabile în fișiere Makefile */

2017-10-03T22:15:52Z

Variabile în fișiere Makefile

Rhobincu: /* Variabile în fișiere Makefile */

2017-10-03T22:14:01Z

Variabile în fișiere Makefile

Rhobincu: /* Optimizări */

2017-10-03T21:44:19Z

Optimizări

Rhobincu la 3 octombrie 2017 21:37

2017-10-03T21:37:09Z

Rhobincu: Pagină nouă: = Obiective = În urma parcurgerii acestui laborator veți fi capabili: * să compilați un program C în linie de comandă; * să utilizați fișiere `Makefile` pentr...

2017-09-25T11:28:47Z

Pagină nouă: = Obiective = În urma parcurgerii acestui laborator veți fi capabili: * să compilați un program C în linie de comandă; * să utilizați fișiere <code>Makefile</code> pentr...

Pagină nouă

= Obiective =

În urma parcurgerii acestui laborator veți fi capabili:

* să compilați un program C în linie de comandă;
* să utilizați fișiere <code>Makefile</code> pentru automatizarea procesului de compilare.

= Scrierea, compilarea și executarea unui program în C =

== Editarea fișierului sursă ==

În cadrul laboratorului de PC, vom edita programele C într-un editor simplu de text, pentru a ne obișnui cu procesul de compilare și depanare a programelor. Editoarele de text care pot fi folosite sunt:
* în mod text (din consolă): nano, mcedit, vim
* în mod grafic: kate, gedit, notepad++

Fișierele C sunt fișiere text în care se scrie programul.

== Generarea fișierului executabil ==

Din fișierul sursă, se genereaza fișierul executabil în mai multe etape, conform schemei de mai jos:

[[Fișier:c_executable_generation.svg]]

Compilatorul de C pe care îl vom folosi se numește [https://gcc.gnu.org/ GNU Compiler Collection] (sau scurt, gcc). Acesta, de fapt, nu este doar compilator, ci este un toolchain complet pentru generarea de fișiere executabile din fișiere surse C. Acesta poate face doar o parte din, sau toate etapele din schema de mai sus, în funcție de fanioanele utilizate. O parte din fanioanele posibile pentru '''gcc''' sunt (pentru lista completă studiaţi pagina de manual pentru GCC - man gcc):

{| class="wikitable"
! Opțiune !! Efect
|-
| <code style="color: green">-o</code> nume_fișier || Numele fișierului de ieşire va fi nume_fişier. În cazul în care această opțiune nu este setată, se va folosi numele implicit (pentru fișiere executabile: a.out - pentru Linux).
|-
| <code style="color: green">-I</code> cale_către_fișiere_antet || Caută fișiere antet și în calea specificată.
|-
| <code style="color: green">-L</code> cale_către_biblioteci || Caută fișiere bibliotecă și în calea specificată.
|-
| <code style="color: green">-l</code> nume_bibliotecă || Link-editează biblioteca nume_bibliotecă. '''Atenție!!!''' nume_bibliotecă nu este întotdeauna același cu numele fișierului antet prin care se include această bibliotecă. Spre exemplu, pentru includerea bibliotecii de funcții matematice, fișierul antet este math.h, iar biblioteca este m.
|-
| <code style="color: green">-W</code> tip_warning || Afișează tipurile de avertismente specificate (Pentru mai multe detalii <code style="color: green">man gcc</code> sau <code style="color: green">gcc –help</code>). Cel mai folosit tip este all. Este indicat ca la compilarea cu <code style="color: green">-Wall</code> să nu apară nici un fel de avertismente.
|-
| <code style="color: green">-c</code> || Compilează și asamblează, dar nu link-editează. Generează fișiere obiect, cu extensia .o.
|-
| <code style="color: green">-S</code> || Se oprește după faza de compilare, fară să asambleze. Rezultă cod assembler în fișiere cu extensia .s.
|-
| <code style="color: green">-E</code> || Se oprește după faza de preprocesare, fară să compileze. Rezultă cod C în fișiere cu extensia .c.
|-
| <code style="color: green">-O</code> [0-3] || Setează nivelul de optimizare, o valoare numerică între 0 și 3, 0 fiind fără optimizare (viteză de execuție minimă, dimensiune mare a executabilului, timp de compilare mic, cod ușor de depanat), iar 3 fiind optimizare maximă (viteză de execuție maximă, dimensiune mare a codului, mai mare decât la nivelul 2 datorită operațiunii de ''loop unrolling'', timp de compilare mare, cod greu de depanat).
|-
| <code style="color: green">-g</code> || Adaugă simboluri de debug în executabil, fără de care depanarea nu este posibilă. Mai multe despre instrumentele de debug în laboratoarele următoare.
|}

În continuare vom prezenta cateva exemple:
* generarea directă a unui executabil numit '''hello''', dintr-un singur fișier sursă, '''hello.c''', utilizând biblioteca standard:
'''student@pracsis01 ~/Desktop $ gcc hello.c -o hello'''
* generarea directă a unui executabil numit '''hello''', dintr-un singur fișier sursă, '''hello.c''', utilizând biblioteca standard și biblioteca '''math''':
'''student@pracsis01 ~/Desktop $ gcc hello.c -o hello -lm'''
* generarea directă a unui executabil numit '''hello''', din două fișiere sursă, '''hello1.c''' și '''hello2.c''', utilizând biblioteca standard:
'''student@pracsis01 ~/Desktop $ gcc hello1.c hello2.c -o hello'''
* generarea unui fișier obiect, numit '''hello.o''', dintr-un fișier sursă numit '''hello.c''':
'''student@pracsis01 ~/Desktop $ gcc -c hello.c -o hello.o'''
* generarea unui fișier obiect, numit '''hello.o''', din două fișiere sursă, '''hello1.c''' și '''hello2.c''':
'''student@pracsis01 ~/Desktop $ gcc -c hello1.c hello2.c -o hello.o'''
* generarea unui executabil numit '''hello''', din două fișiere obiect, '''hello1.o''' și '''hello2.o''', utilizând biblioteca standard și biblioteca '''math''':
'''student@pracsis01 ~/Desktop $ gcc hello1.o hello2.o -o hello -lm'''
* generarea unui fișier cu cod de asamblare, numit '''hello.s''', dintr-un fișier sursă numit '''hello.c''':
'''student@pracsis01 ~/Desktop $ gcc -S hello.c -o hello.s'''
* generarea unui fișier sursă preprocesat, numit '''hello_pre.c''', dintr-un fișier sursă numit '''hello.c''':
'''student@pracsis01 ~/Desktop $ gcc -E hello.c -o hello_pre.c'''

== Executarea programului ==

Pentru a executa un program sau script în consola Linux, numele fișierului se precede cu caracterele <code style="color: green">./</code> :
'''student@pracsis01 ~/Desktop $ gcc hello.c -o hello'''
'''student@pracsis01 ~/Desktop $ ./hello'''

= Compilarea automată a multiple surse - Makefiles =

Dezvoltarea unei aplicații în limbajul C implică multe iterații de tip design - dezvoltare - depanare - integrare. La fiecare modificare a sursei, pentru a putea rula aplicația, codul trebuie recompilat. Odată cu creșterea numărului de linii de cod și a fișierelor sursă, timpul necesar operației de generare a executabilului (build) crește și el, până în punctul în care durează zeci de minute. Aceasta este în special o problemă când dezvoltarea se face pe microcontroler. Se evidențiază următoarele probleme:
* Dacă o sursă este modificată, ea trebuie recompilată prin rescrierea în consolă a comenzii de compilare. Această comandă poate fi foarte lungă, datorită multiplelor biblioteci și fanioane folosite, prin urmare este incomod de scris de fiecare dată. Este deci nevoie de o soluție pentru a predefini comanda de compilare și a o rula fără efort de fiecare dată.
* Dacă o aplicație este formată din multe fișiere sursă, compilarea tuturor acestor fișiere durează. În practică, se cere doar compilarea surselor care s-au modificat și apoi rularea operației de link-editare a fișierelor obiect în fișierul executabil (compilarea este operația care consumă cel mai mult timp din tot procesul de build). Este deci nevoie de un sistem care să detecteze care surse s-au modificat, apoi să le compileze strict pe acelea.

Exisă mai multe sisteme de build care rezolvă aceste probleme, dar de departe cel mai folosit în practică este utilizarea aplicației <code style="color: green">make</code>, și configurarea acesteia prin Makefiles.

== Anatomia unui Makefile - rețete de fișiere ==

Scrierea unui Makefile este extrem de simplă și se bazează pe ideea de rețetă: pentru a genera un fișier <code style="color: blue">destination</code>, este nevoie de unul sau mai multe fișiere sursă <code style="color: blue">sourceA, sourceB, sourceC, ...</code> și de o comandă <code style="color: green">command</code> care să genereze fișierul A din B, C, D, ... Această rețetă se scrie într-un fișier cu numele <code style="color: green">Makefile</code> în felul următor:
<syntaxhighlight lang="make">
destination: sourceA sourceB sourceC ...
[tab] command
</syntaxhighlight>

<div class="regula">'''Atenție:''' Fișierele Makefile sunt sensibile la spații! Nu aveți voie să puneți linii goale decât între rețete, și nu aveți voie să plasați spații la începutul liniei. În plus, comenzile care trebuie rulate pentru generarea fișierului trebuie obligatoriu precedate de un caracter TAB, acesta nu se poate înlocui cu spații.</div>

De exemplu, o rețetă care să genereze un executabil numit <code style="color: green">hello</code> dintr-o sursă C numită <code style="color: blue">hello.c</code> se scrie în felul următor:
<syntaxhighlight lang="make">
hello: hello.c
gcc hello.c -o hello
</syntaxhighlight>

Pentru a face build-ul, se rulează simplu comanda <code style="color: green">make</code>, care va rula automat prima rețetă din fișier. Dacă vrem să specificăm care rețetă este rulată, atunci numele ei urmează comenzii '''make''': <code style="color: green">make hello</code>.

Mai departe, dorim să mai definim o rețetă care să șteargă fișierele generate (să facă curat). Vom numi această rețetă <code style="color: green">clean</code>. Această rețetă nu generează un fișier (nu vrem să creăm un fișier numit <code style="color: green">clean</code>), astfel această rețetă este una falsă, care se declară PHONY:

<syntaxhighlight lang="make">
hello: hello.c
gcc hello.c -o hello

.PHONY: clean
clean:
rm -f hello
</syntaxhighlight>

Putem acum oricând să ștergem fișierul generat rulând comanda <code style="color: green">make clean</code>.

Regulile după care se execută o rețetă sunt următoarele:
# Dacă numele rețetei NU este un fișier generat de către comandă, atunci acel target e PHONY, cum este <code style="color: green">clean</code>. În cazul acesta, comanda se rulează de fiecare data cand se face rețeta.
# Dacă numele rețetei ESTE un fișier dar lista de surse lipseste, atunci comanda se ruleaza doar daca fișierul nu există.
# Dacă numele rețetei ESTE un fișier și lista de surse există, comanda se rulează doar dacă fișierul nu există SAU dacă oricare din surse e mai nouă decat fișierul.
# Dacă pentru oricare din sursele unei rețete există o altă rețetă care îl generează, atunci se rulează automat întâi acea rețetă, indiferent dacă sursa există sau nu. Dacă fișierul sursă NU există și nu există nici o rețetă care să îl genereze, atunci aplicația '''make''' va genera o eroare: '''No rule to make target'''.

== Optimizări ==

Când se scrie o rețetă, numele fișierelor sursă și/ sau a fișierui destinație se poate schimba în timpul dezvoltării aplicației. Dacă numele acestora apare și în comenzile din rețetă, trebuie avut grija ca noile nume să fie modificate peste tot unde apar. De exemplu, dacă Makefile-ul de mai sus, dorim să modificăm numele sursei din <code style="color: blue">hello.c</code> în <code style="color: blue">byebye.c</code>, trebuie modificat în două locuri:

<syntaxhighlight lang="make">
hello: byebye.c
gcc byebye.c -o hello

.PHONY: clean
clean:
rm -f hello
</syntaxhighlight>

Astfel, se poate face o optimizare. Există două scurtături care pot fi folosite pentru numele fișierului destinație (<code style="color: green">$@</code>) și pentru lista de fișiere sursă (<code style="color: green">$^</code>):

<syntaxhighlight lang="make">
hello: byebye.c
gcc $^ -o $@

.PHONY: clean
clean:
rm -f hello
</syntaxhighlight>

Un alt avantaj este acela că dacă executabilul <code style="color: green">hello</code> va trebui generat din două fișiere sursă, noul fișier nu trebuie adăugat decât în lista de surse, nu și în comandă, lista propagându-se automat datorită lui <code style="color: green">$^</code>:

<syntaxhighlight lang="make">
hello: byebye.c hello.c
gcc $^ -o $@

.PHONY: clean
clean:
rm -f hello
</syntaxhighlight>

== GCC ==
<ol>
<li>Deschideți un editor de text.</li>
<li> Scrieți într-un fișier nou următorul cod C
<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>

int main(){
printf("Hello PC Lab!\n");
return 0;
}
</syntaxhighlight>
</li>
<li>Salvați fișierul în directorul /home/student/work/PC/seriaF/grupa''N''/''nume''/lab1 cu numele '''source.c''' (directorul va trebui refăcut)</li>
<li>Navigați în consolă în directorul /home/student/work/PC/seriaF/grupa''N''/''nume''/lab1</li>
<li>Compilați fișierul sursă într-un executabil numit '''main'''</li>
<li>Executați programul.</li>
<li>Ștergeți fișierul '''main'''.</li>
<li>Generați un fișier obiect, din fișierul '''source.c''', numit '''source.o'''</li>
<li>Generați un executabil numit '''main''', din fișierul obiect.</li>
<li>Executați programul.</li>
<li>Generați un fișier cu cod asamblare, numit '''source.s''', din fișierul sursă.</li>
<li>Afișați pe ecran conținutul fișierului '''source.s'''</li>
<li>Generați un fișier cu cod C preprocesat, numit '''source_pre.c''', din fișierul sursă.</li>
<li>Afișați pe ecran conținutul fișierului '''source_pre.c'''</li>
<li>Afișați pe ecran conținutul fișierului '''source.o'''. Explicați comportamentul.</li>
</ol>

== Makefiles ==

# Scrieți un Makefile cu două rețete:
#* una care să genereze executabilul '''main''' din sursa '''source.c'''
#* una care să șteargă fișierul generat.
# Rulați comanda '''make clean''' și verificați că executabilul a fost șters.
# Rulați comanda '''make''', verificați că programul a fost compilat și rulați-l.
# Rulați comanda '''make''' din nou. Ce observați?
# Modificați fișierul sursă ca în loc de '''Hello PC Lab!''' să afișeze pe ecran '''Makefiles are awesome!''' (nu uitați să salvați fișierul după modificare).
# Rulați din nou comanda '''make''' și apoi executați programul.
# Modificați '''Makefile''' astfel încât să genereze executabilul dintr-un fișier obiect, iar fișierul obiect să fie generat din fișierul sursă.

← Versiunea anterioară		Versiunea de la data 3 octombrie 2017 22:29
Linia 192:		Linia 192:

	Se observă că rețetele de generare de fișiere obiect s-au compactat într-una singură, care utilizează caracterul procent (%) pe post de ''wildcard''. Se citește în felul următor: ''orice fișier obiect (cu extensia .o) depinde de fișierul cu același nume dar cu extensia .c (fișierul sursă) și se poate genera folosind comanda de mai jos''.		Se observă că rețetele de generare de fișiere obiect s-au compactat într-una singură, care utilizează caracterul procent (%) pe post de ''wildcard''. Se citește în felul următor: ''orice fișier obiect (cu extensia .o) depinde de fișierul cu același nume dar cu extensia .c (fișierul sursă) și se poate genera folosind comanda de mai jos''.
		+
		+	Pentru rezolvarea celei de-a doua probleme introducem întâi o '''variabilă''' în fișierul <code>Makefile</code>:
		+	<syntaxhighlight lang="make">
		+	OBJ_FILES=source1.o source2.o source3.o
		+
		+	prog: $(OBJ_FILES)
		+	gcc $^ -o $@
		+
		+	%.o: %.c
		+	gcc -c $^ -o $@
		+
		+	.PHONY: clean
		+	clean:
		+	rm -f prog $(OBJ_FILES)
		+	</syntaxhighlight>
		+
		+	Mai departe, vom încerca să obținem lista de fișiere obiect pornind de la lista de fișiere sursă. Vom realiza acest lucru folosind o funcție specială din <code>Makefile</code> care înlocuiește o anumită secvență de caractere dintr-o variabilă cu altă secvență:
		+	<syntaxhighlight lang="make">
		+	SOURCE_FILES=source1.c source2.c source3.c
		+	OBJ_FILES=$(SOURCE_FILES:.c=.o)
		+
		+	prog: $(OBJ_FILES)
		+	gcc $^ -o $@
		+
		+	%.o: %.c
		+	gcc -c $^ -o $@
		+
		+	.PHONY: clean
		+	clean:
		+	rm -f prog $(OBJ_FILES)
		+	</syntaxhighlight>
		+
		+	Variabila '''OBJ_FILES''' se obține din variabila '''SOURCE_FILES''' în care secvența de caractere ''.c'' se înlocuiește cu ''.o''. Ultimul pas este generarea automată a listei de surse căutând toate fișierele cu extensia ''.c'' în directorul curent și în subdirectoare. Acest lucru se realizează prin apelul comenzii <code>find</code> din interpretor:
		+
		+	<syntaxhighlight lang="make">
		+	SOURCE_FILES=$(shell find -name *.c)
		+	OBJ_FILES=$(SOURCE_FILES:.c=.o)
		+
		+	prog: $(OBJ_FILES)
		+	gcc $^ -o $@
		+
		+	%.o: %.c
		+	gcc -c $^ -o $@
		+
		+	.PHONY: clean
		+	clean:
		+	rm -f prog $(OBJ_FILES)
		+	</syntaxhighlight>
		+
		+	Acest fișier generic <code>Makefile</code> poate fi utilizat pentru compilarea tuturor fișierelor sursă C din directorul curent și din subdirectoare într-un singur executabil. Rulând a doua oară comanda <code>make</code> se recompilează doar sursele modificate și se regenerează executabilul, dacă este cazul.

	= Exerciții =		= Exerciții =

@@ Linia 175: / Linia 175: @@
 	rm -f prog *.o
 </syntaxhighlight>
 = Exerciții =

← Versiunea anterioară		Versiunea de la data 3 octombrie 2017 21:37
Linia 154:		Linia 154:
	</syntaxhighlight>		</syntaxhighlight>

		+	= Exerciții =

	== GCC ==		== GCC ==

@@ Linia 153: / Linia 153: @@
 	rm -f hello
 </syntaxhighlight>
 Fișierele <code>Makefile</code> se pot folosi și pentru a compila un program din mai multe surse. Varianta cea mai simplă este de a utiliza o rețetă care să regenereze executabilul atunci când se modifică oricare din surse. Totuși, dacă numărul de fișiere sursă este mare, acest proces nu este eficient. Astfel, se poate scrie un <code>Makefile</code> care să regenereze doar fișierul obiect corespunzător sursei care s-a modificat. Să presupunem că avem un program <code>prog</code> care trebuie compilat din trei fișiere sursă: <code>source1.c</code>, <code>source2.c</code> și <code>source3.c</code>. Putem scrie următorul <code>Makefile</code>:

PC Laborator 2 - Revizia istoricului

Rhobincu: /* Optimizări */

Rhobincu: /* Variabile în fișiere Makefile */

Rhobincu: /* Variabile în fișiere Makefile */

Rhobincu: /* Optimizări */

Rhobincu la 3 octombrie 2017 21:37

Rhobincu: Pagină nouă: = Obiective = În urma parcurgerii acestui laborator veți fi capabili: * să compilați un program C în linie de comandă; * să utilizați fișiere Makefile pentr...

Rhobincu: Pagină nouă: = Obiective = În urma parcurgerii acestui laborator veți fi capabili: * să compilați un program C în linie de comandă; * să utilizați fișiere `Makefile` pentr...