El entorno de desarrollo de Linux

Departamento de Automática

Contenidos

El editor Vim
- Opciones de configuración
- Referencia rápida
- Ayuda integrada
Ciclo de creación de programas
- Generación del ejecutable
- Depuración
La herramienta make
- Ejemplo de makefile

El editor Vim

Descripción general

El editor Vim (Vi iMproved) es un editor de ficheros libre y de código abierto para la consola de Linux
Lo desarrolló Bram Moolenaar
- Está escrito en C y en vimscript
- La primera versión es de noviembre de 1991
- Se puede ampliar mediante plugins

Proyecto en Github: https://github.com/vim/vim

Uso de editores y entornos de desarrollo. Encuesta basada en 46.613 respuestas publicada por Stackoverflow. El desarrollador medio usa entre dos y tres entornos distintos.

Vim es el editor más utilizado en entornos de línea de comandos.

Primeros pasos

Modos

El editor Vim tiene cuatro modos de trabajo:

Modo	Descripción
Modo normal	Moverse, copiar (yank), pegar, borrar, etc.
Modo inserción	Edición de texto
Modo línea de comandos	Guardar, buscar, salir
Modo visual	Selección de texto (resaltado)

Siempre arranca en modo normal: $ vim filename

El editor Vim define cuatro entornos de trabajo:

El modo normal es el modo general de la aplicación. En este modo podemos usar órdenes para movernos por el documento; copiar, pegar o borrar texto; o cambiar al resto de modos.
El modo inserción permite añadir texto al documento.
El modo línea de comandos es un modo especial que acepta órdenes en lenguaje vimscript.
El modo visual permite seleccionar (resaltar) una parte del texto del documento y aplicar después una orden específicamente sobre la selección.

Edición de ficheros

Pasar a modo inserción: i
Escribir el texto
Volver a modo normal: esc
Pasar a modo línea de comandos: :
Guardar los cambios en disco: w Enter
Pasar a modo línea de comandos: :
Salir del editor: q Enter

Pulsar ’:’ desde el modo normal es una de las formas de pasar al modo línea de comandos. Otras son ’/’ y ’?’, para buscar cadenas dentro del documento.

Opciones de configuración

Opciones de configuración:

La configuración de Vim se hace mediante el modo línea de comandos (vimscript)
El fichero ~/.vim/vimrc contiene las órdenes que se ejecutarán cada vez que se inicie vim
Ejemplos de configuración (dentro del fichero vimrc no hace falta poner ’:’):

syntax on                                      " activates syntax highlighting
set tabstop=4                                  " tabulation of 4 spaces
set shiftwidth=4                               " indentation of 4 spaces
set expandtab                                  " use of spaces instead of the TAB character
autocmd FileType make setlocal noexpandtab     " for Make files, use the TAB character instead of spaces

Edita el fichero ~/.vim/vimrc para modificar las opciones de configuración. Una vez modificado y guardado, hay que salir de Vim y volver a entrar para que se apliquen los cambios.

Las órdenes “set” pueden agruparse en una sola línea:

set tabstop=4 shiftwidth=4 expandtab

La orden autocmd sirve para configurar que se ejecute una orden cuando se produzca un determinado evento. Por ejemplo, en este caso, si el fichero es de tipo “make” (FileType make), se ejecuta la orden setlocal noexpandtab.

Cuestiones como el tamaño del tabulador forman parte de lo que se denomina estilo de programación. Otros elementos del estilo de programación pueden ser, por ejemplo, el tamaño máximo de una línea de código (80 o 120 caracteres) o la forma de nombrar las variables (snake-case o camel-case). Normalmente, cada organización o empresa fija su propio estilo de programación para homogeneizar el software que produce. Un ejemplo de documento de estilo es el del kernel de Linux.

Referencia rápida

(las siguientes tablas de referencia rápida se extrajeron del PDF como un único bloque de texto a dos columnas, con las columnas intercaladas línea a línea; se han separado con alta confianza en las dos columnas originales)

Movimiento del cursor

Tecla	Acción
`k`	arriba
`j`	abajo
`h`	izquierda
`l`	derecha
`Ctrl+b`	página anterior
`Ctrl+f`	página siguiente
`w`	principio de la palabra siguiente
`b`	principio de la palabra anterior
`gg`	principio del documento
`G`	final del documento
`$`	final de la línea
`0`	primer carácter de la línea actual
`_`	primer carácter no blanco de la línea actual

Entrada en modo inserción

Tecla	Acción
`i`	en el cursor
`a`	antes del cursor
`gI`	primer carácter de la línea
`I`	primer carácter no blanco de la línea
`A`	final de la línea
`o`	en una línea nueva debajo de la actual
`O`	en una línea nueva encima de la actual

Reemplazar + insertar

Tecla	Acción
`s`	cambiar el carácter bajo el cursor
`cc`	cambiar la línea actual
`C`	cambiar hasta el final de la línea
`cm`	cambiar con el movimiento m

Borrar / cortar

Tecla	Acción
`x`	borrar el carácter bajo el cursor
`dd`	borrar la línea actual
`D`	borrar hasta el final de la línea
`dm`	borrar con el movimiento m

Copiar y pegar

Tecla	Acción
`yy`	copiar la línea actual
`ym`	copiar con el movimiento m
`p`	pegar después del cursor
`P`	pegar antes del cursor

Deshacer / rehacer

Tecla	Acción
`u`	deshacer la última acción
`Ctrl+R`	rehacer lo último deshecho
`.`	repetir la última acción

Modo visual

Tecla	Acción
`v`	iniciar selección en modo carácter
`V`	iniciar selección en modo línea
`Ctrl+v`	iniciar selección en modo bloque

Guardar y salir

Comando	Acción
`:w`	guardar el fichero actual
`:w f`	guardar el fichero actual como f
`:q`	salir del editor
`:wq`	guardar el fichero actual y salir del editor
`:q!`	salir del editor sin guardar los cambios

Búsqueda

Comando	Acción
`/s`	buscar la cadena s hacia delante
`?s`	buscar la cadena s hacia atrás
`n`	ir a la siguiente ocurrencia
`N`	ir a la ocurrencia anterior

Miscelánea

Comando	Acción
`:r f`	copiar el contenido del fichero f bajo el cursor
`:r! c`	copiar la salida de la orden c bajo el cursor

Ventanas

Comando	Acción
`:split`	dividir la ventana actual
`:new f`	abrir el fichero f en una nueva ventana horizontal
`:vnew f`	abrir el fichero f en una nueva ventana vertical
`Ctrl+w k`	ir a la ventana de arriba
`Ctrl+w j`	ir a la ventana de abajo
`Ctrl+w h`	ir a la ventana de la izquierda
`Ctrl+w l`	ir a la ventana de la derecha

Ayuda integrada

Vim tiene ayuda integrada
Para acceder a la documentación dentro del editor: :help y / :h movement
La ayuda aparece en una pantalla de solo lectura
Se pueden seguir los enlaces con las secuencias:
- Ctrl+] ir al enlace bajo el cursor
- Ctrl+t volver atrás
Hay un tutorial complementario llamado Vimtutorial (vimtutor)

Ciclo de creación de programas

Pasos del desarrollo

Edición
(paso no identificado en la extracción — el índice enumera “1: 2: 3” pero solo se conservan las etiquetas “Edition” y “Debugging”)
Depuración

(diagrama: cadena de herramientas GNU — GDB, Make)

Generación del ejecutable

(diagrama del proceso de generación de un ejecutable a partir de dos módulos fuente: Module 1 y Module 2 pasan por el Compilador/Ensamblador (“relbmessa” y “relipmoC” invertidos en la extracción = “assembler” y “Compiler”) para producir Object file 1 y Object file 2; estos, junto con ficheros objeto externos y bibliotecas, pasan por el Linker (“rekniL” invertido) para producir el Executable file, todo almacenado en Secondary storage)

Un programa ejecutable puede desarrollarse en distintos ficheros fuente, llamados módulos. Cada módulo tiene que compilarse por separado para obtener su fichero objeto correspondiente. Estos ficheros contienen las instrucciones binarias resultantes de traducir el código fuente de los módulos. Para obtener el ejecutable final puede ser necesario combinar el código de los ficheros objeto recién obtenidos con otros fragmentos de código que se han compilado previamente. Estos fragmentos de código compilado pueden almacenarse por separado o agrupados en bibliotecas (una biblioteca es un conjunto de ficheros objeto). Un ejemplo de estos códigos precompilados es la biblioteca estándar de C, que contiene, por ejemplo, el código de las funciones printf () o scanf (), entre muchas otras.

Herramientas de GCC

(diagrama de la cadena gcc: Preprocessing (cpp) → Compilation (comp) → Object code generation (as) → Linker (ld); ficheros intermedios program.c → program.i → program.s → program.o → a.out)

gcc puede conservar los ficheros intermedios a voluntad (-E, -S, -c)
Otras opciones de gcc: -o, -Wall, -g

En la etapa de preprocesado se sustituyen, entre otras cosas, directivas como las MACROS (#define) o la inclusión de ficheros (#include).

Por defecto, la orden gcc intenta ejecutar toda la cadena de generación a partir de un fichero fuente en C, es decir, preprocesado, compilación, generación de código objeto y enlazado con las bibliotecas estándar. Sin embargo, permite mediante opciones detener el proceso en cualquier punto:

-E: detiene el proceso tras el preprocesado.
-S: se detiene tras la compilación.
-c: se detiene tras generar un fichero objeto.

La opción -c es muy útil al generar programas implementados en varios módulos. Como tenemos que compilar cada módulo por separado, necesitamos detener gcc justo después de generar el código objeto para obtener los ficheros objeto resultantes de la compilación.

Programa de ejemplo

// main.c
#include <stdio.h>
#include "add.h"
 
int add(int sumando1, int sumando2);
 
int main() {
    int a = 5, b = 10, c;
    c = add(a, b);
    printf("The result of the addition: %d\n", c);
    return 0;
}

// add.c
#include "add.h"
 
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

Generación del fichero ejecutable:

gcc -g -Wall -c main.c -o main.o
gcc -g -Wall -c add.c -o add.o
gcc -g -Wall main.o add.o -o program

Para obtener los productos intermedios se pueden usar las opciones de gcc de la diapositiva anterior:

Detenerse tras el preprocesado: $ gcc -E main.c -o main.i
Detenerse tras compilar y antes de ensamblar: $ gcc -S main.c -o main.S

Para mostrar el contenido de los ficheros objeto (o de los ejecutables) se puede usar el programa objdump, que forma parte de las herramientas de GCC:

objdump -D main.o | less

Con la orden anterior podemos desensamblar el contenido del fichero objeto binario. Se puede observar que las direcciones de las funciones (por ejemplo, la dirección de la función sum ()) aún no están resueltas, es decir, quedan preparadas para fijarse al hacer la combinación con el resto de módulos en la fase de enlazado.

Si desensamblamos el ejecutable final, podemos ver que las direcciones ya están convenientemente resueltas:

objdump -D program | less

Depuración

Con el depurador podemos:
- Ejecutar un programa paso a paso
- Poner puntos de ruptura (breakpoints)
- Inspeccionar el valor de las variables
GDB puede invocarse desde la línea de comandos: $ gdb program
Las órdenes de depuración se introducen a través de la consola de GDB

Referencia rápida

(misma disposición a dos columnas que la tabla de Vim, separada con alta confianza)

Ejecución

Comando	Acción
`run`	iniciar la ejecución del programa
`set args <argumentos>`	establecer los argumentos
`quit`	salir del depurador

Puntos de ruptura

Comando	Acción
`break <position>`	poner un punto de ruptura
`delete <# breakpoint>`	eliminar el punto de ruptura número #
`clear`	ir a la siguiente instancia

Ejecución paso a paso

Comando	Acción
`step`	ejecutar la siguiente instrucción entrando en las funciones
`next`	ejecutar la siguiente instrucción sin entrar en las funciones
`finish`	continuar hasta el final de la función actual
`continue`	continuar la ejecución del programa

Variables y memoria

Comando	Acción
`print/format <item>`	mostrar un valor con formato
`x/nfu <address>`	volcar valores de memoria con formato

<item>: expresión (por ejemplo, el nombre de una variable), dirección de memoria, $register (p. ej. $ax)

Formato (format)

Formato	Significado
`a`	un puntero
`d`	decimal con signo
`u`	decimal sin signo
`f`	coma flotante
`x`	hexadecimal

Unidades

Unidad	Significado
`b`	byte
`h`	media palabra (dos bytes)
`w`	palabra (cuatro bytes)
`g`	palabra gigante (ocho bytes)

La herramienta make

Descripción general

La herramienta Make automatiza el proceso de generación de programas cuando se usan muchos módulos
Un fichero le indica a Make cómo obtener todos los subproductos intermedios y cómo enlazarlos para generar un fichero ejecutable.
- Por defecto, el nombre de este fichero es makefile o Makefile
- Está escrito en un lenguaje específico
La herramienta puede invocarse desde la línea de comandos:

make
make -f makefile_file

Al lanzarse, la herramienta busca el fichero de reglas. Si la llamamos sin argumentos, intentará localizar un fichero llamado makefile o Makefile. Si el fichero tiene otro nombre, hay que indicarlo expresamente con la opción -f.

El lenguaje de Make

La unidad fundamental de un makefile es la regla
Cada regla consta de
- objetivo (target): el subproducto que se quiere generar
- dependencias: la lista de ficheros necesarios para construir el objetivo
- órdenes: las órdenes que hay que ejecutar sobre las dependencias para construir el objetivo

target: dependency1 dependency2 …    # Space-separated list of dependencies
<TAB> command1
<TAB> command2
<TAB> …
                                       # Blank line

Un makefile puede contener una o varias reglas
Por defecto, la herramienta intenta completar la primera regla del fichero
- Si queremos completar otra, podemos poner el nombre del objetivo después de la orden make en la línea de comandos
Si una dependencia no existe:
- Busca en el fichero una regla para generar la dependencia
- Si no encuentra ninguna regla, muestra un mensaje de error
Si el objetivo ya existe:
- Compara su fecha de modificación con la fecha de modificación de las dependencias.
- Si alguna dependencia es más reciente que el objetivo, el objetivo se reconstruye

Ejemplo de makefile

.PHONY: clean
CC=gcc
CFLAGS=-g -Wall
 
program: main.o add.o
	$(CC) $(CFLAGS) main.o add.o -o program
 
main.o: main.c add.h
	$(CC) $(CFLAGS) -c main.c -o main.o
 
add.o: add.c add.h
	$(CC) $(CFLAGS) -c add.c -o add.o
 
clean:
	rm -rf *.o program

Para generar el fichero ejecutable: $ make
Para eliminar los productos intermedios y el propio ejecutable: $ make clean

El lenguaje de los Makefile permite definir variables cuyo valor puede sustituirse en el resto del fichero. En el ejemplo se definen dos variables, CC y CFLAGS, que sustituyen, respectivamente, el nombre del compilador y las opciones de compilación.

El fichero de ejemplo define un objetivo llamado clean. Este objetivo es muy habitual y se suele usar para limpiar el proyecto de ficheros intermedios y del ejecutable final del programa, dejando solo los ficheros fuente. El objetivo clean se define como un objetivo PHONY. Así le indicamos a Make que el objetivo no corresponde a un fichero concreto del proyecto y que, si por casualidad existe un fichero llamado “clean”, se ignore. De este modo, el objetivo clean siempre se ejecuta cuando se solicita desde la línea de comandos.

Bibliografía

Drew Neil. Practical Vim. The Pragmatic Programmers, 2 Ed., 2015.
Debugging with GDB. Disponible en: https://sourceware.org/gdb/onlinedocs/gdb/
GNU Make Reference Manual. Disponible en: https://www.gnu.org/software/make/manual/make.html

© Pablo Parra, Óscar García. Departamento de Automática. Universidad de Alcalá. Este documento se distribuye bajo los términos de la licencia Creative Commons Reconocimiento-CompartirIgual 4.0 (internacional) (Attribution ShareAlike 4.0): https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/

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