Основы программирования в Linux

Текст добавлен: 21 сентября 2016, 17:59

Текст книги "Основы программирования в Linux"

Автор книги: Нейл Мэтью

Соавторы: Ричард Стоунс

Жанры:

ОС и Сети

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 67 страниц)

Назад к карточке книги

Нейл Мэтью
Ричард Стоунс
Основы программирования в Linux
4-е издание

Об авторах

Нейл Мэтью (Neil Matthew) интересуется компьютерами и пишет для них программы с 1974 г. Выпускник университета г. Ноттингема по специальности «Математика», Нейл по-настоящему увлекается языками программирования и любит искать новые пути решения компьютерных проблем. Им разработаны системы программирования на языках BCPL, FP (Functional programming), Lisp, Prolog и структурированном BASIC. Он даже написал эмулятор микропроцессора 6502 для выполнения в системах UNIX программ для микрокомпьютера ВВС.

Что касается опыта работы в UNIX, начиная с конца 1970 гг., Нейл испробовал все варианты, включая BSD UNIX, AT&T System V, Sun Solaris, IBM AIX, многие другие и, конечно, Linux. Он может утверждать, что занимается ОС Linux с августа 1993 г., когда обзавелся дистрибутивом из Канады Software Landing (SLS) на дискетах с версией ядра 0.99.11. Он применял компьютеры на базе Linux дома и на работе для осваивания языков С, С++, Icon, Prolog, Tcl и Java.

Все "домашние" проекты Нейла разработаны на базе Linux. Он утверждает, что Linux гораздо проще, поскольку поддерживает множество функциональных возможностей других систем, поэтому программы, предназначенные для систем BSD и System V, как правило, компилируются с небольшими изменениями или вообще без каких-либо изменений.

Сейчас Нейл работает в компании Celesio AG как архитектор ПО компании (Enterprise Architect), специализирующийся на разработке стратегии информационных технологий. У него есть профессиональный опыт технического консультирования, разработки программного обеспечения и контроля качества. Нейл также писал программы на языках С и С++ для встроенных систем реального времени.

Нейл женат на Кристине, у них двое детей, Александра и Адриан. Он живет в перестроенном амбаре (barn) в графстве Нортгемптоншир в Англии. К его любимым занятиям относятся решение головоломок на компьютере, музыка, научная фантастика, сквош и горный велосипед, только не подражайте ему в этом последнем.

Ричард Стоунс (Richard Stones) начал программировать в школе (раньше, чем он может вспомнить) на микрокомпьютере ВВС, оснащенном микропроцессором 6502, который с помощью нескольких запчастей продолжал функционировать следующие 15 лет. Он закончил университет г. Ноттингема по специальности «Электроника», но решил, что программное обеспечение увлекательнее.

Он работал в разных компаниях, начиная от очень маленьких с десятком сотрудников и заканчивая очень большой, включая гиганта IT-сервисов, компанию EDS.

В эти годы он занимался рядом проектов, будь то коммуникации в режиме реального времени для систем бухгалтерского учета или большие справочные настольные системы. В настоящее время Рик работает архитектором информационных технологий, действуя как технический руководитель разных крупных проектов в большой панъевропейской компании.

Будучи отчасти лингвистом в программировании он писал программы на разных ассемблерах, на чистом, патентованном языке телекоммуникаций, названном SL-1, нескольких диалектах языка FORTRAN, языках Pascal, Perl, SQL и чуть-чуть на Python, С++ и С. (Под давлением он даже признался, что одно время считался не без оснований специалистом в Visual Basic, но старается не афишировать это временное помрачение рассудка.)

Рик живет в деревне графства Лестершир в Англии с женой Анной, детьми Дженнифер и Эндрю и кошкой. В свободное от работы время он увлекается классической музыкой, особенно старинной духовной музыкой, и фотографией и прилагает максимум усилий, чтобы найти время для игры на пианино.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить многих людей, помогавших сделать возможным издание книги.

Нейл хотел бы поблагодарить свою жену Кристину за понимание и своих детей Александру и Адриана, не слишком жаловавшихся на то, что отец проводит так много времени в своем кабинете, занимаясь писательством.

Рик благодарен своей жене Анне и своим детям, Дженнифер и Эндрю за их долготерпение по вечерам и в выходные дни, когда отец опять и опять принимался за работу над книгой.

Мы хотели бы выразить признательность сотрудникам издательства Wiley, которые помогли подготовить это четвертое издание к печати. Спасибо Кэрол Лонг (Carol Long) за запуск этого процесса и улаживание проблем, связанных с контрактами, особая благодарность Cape Шлаер (Sara Shlaer) за исключительную редакторскую работу и Тимоти Борончику (Timothy Boronczyk) за отличные технические рецензии, Мы также хотим поблагодарить Дженни Ватсон (Jenny Watson) за поиск средств для оплаты неожиданно возникавших дополнительных расходов и сопровождение книги на всех административных уровнях, Биллу Бартону (Bill Barton) за обеспечение надлежащих организации и презентации и Киму Коферу (Kim Cofer) за тщательную корректуру. Мы также очень признательны Эрику Фостеру-Джонсону (Eric Foster-Johnson) за его фантастическую работу над главами 16 и 17. Мы можем сказать, что благодаря стараниям всех вас книга стала лучше.

Мы также хотели бы поблагодарить наших работодателей, компании Scientific Generics, Mobicom и Celesio за поддержку во время подготовки всех четырех изданий книги.

В заключение нам хотелось бы выразить глубокую признательность двум важнейшим инициаторам, сделавшим возможным появление книги. Во-первых, Ричарду Столлмену (Richard Stallman) за отличные средства проекта GNU и идею среды со свободно распространяемым программным обеспечением, ставшей в наши дни реальностью благодаря GNU/Linux, и во-вторых, Линусу Торвальдсу (Linus Torvalds) за начатую и продолженную им совместную разработку, которая дает нам все улучшающееся ядро системы Linux.

Предисловие

У всех программистов есть своя груда записей и черновиков. Они собирают собственные примеры текстов программ, накопившиеся за время героических погружений в многочисленные руководства или добытые из сети Usenet, в которой порой даже дураки боятся блуждать. (Другая точка зрения состоит в том, что у всех дураков свободный доступ к Usenet, и они используют ее безостановочно.) Поэтому довольно странно, что так мало книг выпущено в подобном стиле. В интерактивном мире существует множество коротких документов, касающихся конкретных проблем программирования и администрирования по существу. В рамках проекта по созданию документации Linux выпущено множество документов, посвященных самым разным темам, начиная с установки ОС Linux и Windows на одной машине и заканчивая написанием вашей виртуальной машины Java для Linux. На самом деле, загляните на Web-сайт Linux Documentation Project (проект документации Linux) по адресу http://www.tldp.org.

С другой стороны, книжный мир кажется состоящим в основном из подробных и самых полных научных томов, читать которые у вас нет времени, или книг для новичков, которые вы покупаете в шутку друзьям. Есть очень немного книг, которые пытаются рассмотреть основы целого ряда полезных проблем. Предлагаемая книга – одна из них, это набор расшифрованных (попробуйте прочесть что-нибудь, написанное программистом от руки), отредактированных и собранных в логически оправданную структуру заметок и черновиков программистов.

Данное издание книги было проверено и исправлено в соответствии с современным уровнем разработок в ОС Linux.

Алан Кокс (Alan Сох)

Введение

Рады предложить вам легкое в использовании руководство по разработке программ для Linux и других UNIX-подобных операционных систем.

В этой книге мы стремимся дать вам представление о разнообразных понятиях, важных для разработчика, применяющего систему Linux, так сказать, основы. Слово "основы" скорее относится к ее содержимому, чем к уровню подготовки читателя. Мы построили книгу так, чтобы, несмотря на уже приобретенный вами опыт, вы узнали больше о том, что может предложить Linux. Программирование в ОС Linux – обширная область, и мы стараемся представить достаточно сведений, касающихся различных тем, чтобы дать вам прочные "основы" для усвоения каждой из них.

Для кого эта книга?

Если вы программист, стремящийся повысить квалификацию за счет функциональных возможностей, предлагаемых разработчикам Linux (или UNIX), уделить больше внимания программированию и расширить применение ваших приложений в системе Linux, вы выбрали нужную книгу. Понятные объяснения и практический на основе пошаговых проверок подход поможет вам быстро повысить профессиональный уровень и освоить все ключевые методы.

Мы полагаем, что у вас есть некоторый опыт программирования на языках С и/или С++ в ОС Windows или какой-нибудь другой операционной системе, но мы старались сохранить простоту приведенных в книге примеров, чтобы для их понимания не требовалось слишком высокой квалификации в программировании на С. Все явные сопоставления методов программирования в Linux с приемами программирования на языках C/C++ отмечены в тексте книги.

Примечание
Особое примечание для тех, кто впервые знакомится с ОС Linux. Эта книга не об установке и настройке Linux. Если вы хотите узнать больше об администрировании системы Linux, возможно вы захотите познакомиться с дополнительными книгами.

Поскольку книга задумана как учебник, знакомящий с различными средствами и наборами функций/библиотек, доступных вам в большинстве систем Linux, а также удобный справочник, к которому вы можете обращаться время от времени, она отличается четкой и понятной формой изложения, исчерпывающими пояснениями и подробными примерами.

Чему посвящена книга?

У книги есть ряд задач, перечисленных далее.

□ Научить применению стандартных библиотек языка С в ОС Linux и других средств, описанных в разных стандартах Linux и UNIX.

□ Показать, как использовать большинство стандартных средств разработки Linux.

□ Дать краткий обзор способов хранения данных под управлением Linux с помощью СУБД DBM и MySQL.

□ Показать, как создавать графические интерфейсы пользователя на базе графической системы X Window System. Мы воспользуемся библиотеками GTK (основы графической среды GNOME) и Qt (основы графической среды KDE).

□ Поддержать вас и дать вам практические навыки разработки собственных реальных приложений.

В ходе обсуждения этих тем мы знакомим вас с теорией программирования и затем иллюстрируем ее соответствующими примерами и понятными пояснениями. Таким образом, вы сможете быстро освоить тему и потом при необходимости вернуться к ней, чтобы освежить все существенные ее составляющие.

Помимо маленьких примеров, разработанных в основном для иллюстрации работы ряда функций или некоторых элементов теории в действии, в книге рассматривается большой пример: разработка простого приложения для работы с базой данных, хранящей информацию о коллекции аудио компакт-дисков. По мере накопления ваших знаний вы сможете разрабатывать, переделывать и расширять проект в соответствии со своими желаниями. Несмотря на сказанное, приложению для работы с компакт-дисками не отводится главная роль в главах книги, и вы можете пропустить посвященные ему страницы, но нам кажется, что оно предлагает полезные, более сложные примеры применения обсуждаемых нами методов. Оно также позволяет наилучшим образом проиллюстрировать все более сложные темы по мере их рассмотрения. Наше первое обсуждение данного приложения появится в конце главы 2 и покажет, как организован сценарий командной оболочки очень большого объема, как командная оболочка обрабатывает ввод пользователя и как она может формировать меню, хранить и искать данные.

После повторения основных правил компиляции программ, компоновки их с библиотеками и доступа к интерактивным руководствам вы проникните на время в командные оболочки. Затем вы перейдете к программированию на языке С, здесь мы обсудим работу с файлами, получение данных из окружения ОС Linux, обработку терминального ввода и вывода и библиотеку curses (позволяющую легче обрабатывать интерактивный ввод и вывод). После этого вы будете готовы взяться за новую реализацию приложения для работы с компакт-дисками на языке С. Проект приложения останется прежним, но в программном коде будет использована библиотека curses для создания экранного пользовательского интерфейса.

После этого мы обсудим управление данными. Знакомство с библиотекой базы данных dbm, к которой мы обратимся в нескольких последующих главах, – достаточное основание для переделки приложения, но на этот раз вместе с проектом. В следующей главе рассматривается хранение данных в реляционной базе данных средствами СУРБД MySQL и позже мы также повторно применим эти методы хранения данных, поэтому вы сможете сравнить разные способы управления данными. Размер новых версий приложения таков, что нам далее придется иметь дело с такими практическими задачами, как отладка, контроль исходного текста программы, распространение программного обеспечения и make-файлы.

Вы также узнаете, как могут взаимодействовать разные процессы в ОС Linux и как программы в Linux могут применять сокеты для поддержки сетевых соединений разных машин на базе протоколов TCP/IP, включая проблемы, касающиеся связи машин с процессорами разной архитектуры.

После изложения основ программирования в Linux мы обсуждаем создание программ в графическом режиме. Этому посвящены две главы, в которых сначала рассматривается комплект инструментальных средств GTK+, лежащий в основе графической среды GNOME, а затем комплект Qt, лежащий в основе графической среды KDE.

Заканчиваем мы кратким рассмотрением стандартов, делающих системы Linux разных поставщиков настолько подобными, что мы можем легко переходить из одной системы в другую и писать программы, которые будут работать в разных дистрибутивах Linux.

Как вы догадываетесь, в книге есть и многое другое, но мы надеемся, что этот краткий обзор даст вам достаточное представление о материале, который мы обсуждаем.

Что вам потребуется для использования книги?

В этой книге мы привьем вам вкус к программированию в Linux. Для того чтобы извлечь максимум пользы, нужно в процессе чтения выполнять примеры. Они служат хорошей практической базой и наверняка вдохновят вас на создание собственных программ. Мы надеемся, что вы будете читать эту книгу и одновременно экспериментировать в установленной у вас системе Linux.

Существуют варианты Linux для самых разных систем. Адаптируемость Linux такова, что предприимчивые люди заставляют ее работать в том или ином виде на любом оборудовании, имеющем процессор! Примеры включают системы на базе процессоров Alpha, ARM, IBM Cell, Itanium, PA-RISC, PowerPC, SPARC, SuperH и ЦП 68k, а также на базе различных процессоров класса х86 с 32– и 64-разрядными версиями.

Мы писали эту книгу и разрабатывали примеры в двух системах Linux с разными спецификациями, поэтому мы уверены, что если у вас есть работающая система Linux, вы сможете найти хорошее применение этой книге. Более того, пока проходило техническое рецензирование книги, мы проверили программный код в других версиях Linux.

Работая над книгой, мы сначала главным образом использовали системы на базе процессоров x86, хотя мало что из описанного в книге характерно только для х86. Несмотря на то, что можно успешно запускать Linux на PC 486 с 8 Мбайт RAM, для успешной работы современного дистрибутива Linux и выполнения примеров из этой книги мы советуем выбрать современную версию одного из наиболее популярных дистрибутивов Linux, например Fedora, openSUSE или Ubuntu, и проверить их аппаратные рекомендации.

Что касается требований к программному обеспечению, мы полагаем, что вы используете современную версию предпочитаемого вами дистрибутива Linux и, чтобы поддерживать систему на современном уровне и иметь самые свежие исправления найденных ошибок, применяете текущий набор обновлений, которые большинство поставщиков делают доступными интерактивно в виде автоматических обновлений. Linux и комплект инструментальных средств проекта GNU выпускаются на условиях GNU General Public License (GPL) (Общедоступной лицензии проекта GNU). Большинство других компонентов типичного дистрибутива Linux ссылаются либо на GPL, либо на одну из множества других лицензий Open Source (открытый или свободно распространяемый программный код), и это означает, что у них есть определенные характеристики, одна из которых – свобода. У них всегда есть исходный программный код, и никто не может отнять эту свободу. Дополнительную информацию о GPL см. на Web-сайте http://www.gnu.org/licenses/, а определение Open Source и разные применяемые лицензии – на Web-сайте http://www.opensource.org. В случае GNU/Linux у вас всегда будет возможность технической поддержки либо благодаря самостоятельной работе с исходным программным кодом, либо за счет найма стороннего специалиста или обращения к одному из поставщиков, предлагающих платную техническую поддержку.

Исходный программный код

Для работы с примерами книги можно ввести программный код вручную или воспользоваться сопроводительными файлами с исходным текстом примеров. Весь программный код, применяемый в книге, можно найти на Web-сайте http://www.wrox.com. Открыв главную страницу сайта, просто найдите заголовок книги (либо с помощью поля Search (Поиск), либо используя один из списков заголовков) и на странице с описанием книги щелкните кнопкой мыши ссылку Download Code для того, чтобы получить весь программный код примеров.

Примечание
Поскольку у многих книг похожие заголовки, легче всего найти нужную книгу по номеру ISBN (International Standard Book Number); ISBN этой книги (оригинальной) – 978-0-470-14762-7.

После загрузки программного кода из Интернета просто распакуйте его своей любимой программой сжатия. Вы также можете перейти на главную страницу загрузки программного кода издательства Wrox http://www.wrox.com/dynamic/books/download.aspx, для того чтобы просмотреть код к данной книге и ко всем остальным книгам издательства.

Замечание, касающееся программного кода примеров

Мы старались представить примеры программ и фрагменты программного кода, наилучшим образом иллюстрирующие темы и понятия, обсуждаемые в тексте. Для того чтобы сделать новую функциональную возможность, которая рассматривается, максимально понятной, мы допускали одну-две вольности в стиле программирования.

В основном мы не всегда проверяли результаты, возвращаемые каждой вызываемой нами функцией, на соответствие ожидаемым. В профессиональном программном коде для реальных приложений мы всегда выполняли бы такую проверку, и вы должны внедрять строгие методы, касающиеся обработки ошибок. (В главе 3 мы обсуждаем некоторые способы обнаружения и обработки ошибок.)

Общедоступная лицензия проекта GNU

Исходный программный код книги сделан доступным на условиях Общедоступной лицензии проекта GNU версии 2 (GNU General Public License, version 2), опубликованной на Web-странице http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/gpl-2.0.html. Приведенное далее положение о разрешении и правах применяется ко всему программному коду данной книги.

This program is free software; you can redistribute it and/or modify

it under the terms of the GNU General Public License as published by

the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or

(at your option) any later version.

(Это программа – свободно распространяемое программное обеспечение; вы можете

распространять ее и/или изменять на условиях Общедоступной лицензии GNU,

опубликованной Фондом свободного программного обеспечения;

либо версии 2 этой лицензии, либо (по вашему усмотрению) любой более свежей версии.)

This program is distributed in the hope that it will be useful,

but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of

MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the

GNU General Public License for more details.