Несмотря на большое число популярных языков программирования, господствующие позиции занимают только два из них. Многие современные системы и программы написаны на C или на C++. В примерах ниже мы будем компилировать программы на языке C.
Программы на языках высокого уровня преобразуются в инструкции на машинном языке с помощью другой программы — компилятора. Некоторые компиляторы транслируют высокоуровневые инструкции на язык ассемблера, а затем с помощью ассемблера производят окончательную трансляцию на машинный язык.
Компиляции, как правило, сопутствует процесс компоновки. Программы часто выполняют множество типовых операций. Возьмем для примера операцию открытия файла. Многие программы выполняют ее, но было бы слишком расточительно в каждой программе реализовывать свою процедуру открытия файлов. Предпочтительнее иметь единый программный код, знающий, как открывать файлы, и дать всем программам возможность использовать его. Поддержка решения типовых задач осуществляется с помощью библиотек. Они содержат множество подпрограмм, которые решают типовые задачи и могут использоваться множеством программ. Если заглянуть в каталоги /lib и /usr/lib, мы обнаружим подобные библиотеки. Для формирования связей между результатом работы компилятора и библиотеками, необходимыми компилируемой программе, используется программа-компоновщик (linker, ее также называют редактором связей). Окончательным результатом этого процесса является выполняемый файл программы, готовый к использованию.
Все ли программы компилируются?
Нет. Как мы уже видели, некоторые программы, такие как сценарии на языке командной оболочки, не требуют компиляции и выполняются непосредственно. Они написаны на языках, которые называют языками сценариев, или интерпретируемыми языками. К числу этих языков, популярность которых только растет в последние годы, относятся Perl, Python, PHP, Ruby и многие другие.
Программы на языках сценариев выполняются специальной программой, интерпретатором. Интерпретатор получает файл программы, читает его и выполняет каждую инструкцию, содержащуюся в нем. Вообще, интерпретируемые программы выполняются намного медленнее, чем компилируемые. Это объясняется необходимостью транслировать исходный код каждой инструкции в интерпретируемой программе всякий раз, когда она встречается, тогда как в скомпилированной программе исходный код инструкций был уже однажды преобразован в машинный код и сохранен в окончательном выполняемом файле.
Но почему тогда интерпретирующие языки так популярны? Для многих рутинных задач они оказываются «достаточно быстрыми», но самое большое их достоинство в простоте и скорости разработки интерпретируемых программ в сравнении с компилируемыми. Разработка программ — это обычно циклический процесс, включающий три этапа: создание исходного кода, компиляцию и тестирование. С увеличением программы в размерах этап компиляции в упомянутом цикле может оказаться весьма продолжительным. Интерпретирующие языки избавляют от необходимости компиляции и тем самым ускоряют их разработку.
Компиляция программ на C
Давайте что-нибудь скомпилируем. Для этого нам понадобятся некоторые инструменты, такие как компилятор, компоновщик и утилита make. Практически во всех системах Linux используется один и тот же компилятор языка C с именем gcc (GNU C Compiler), первоначально написанный Ричардом Столлманом. Многие дистрибутивы не устанавливают gcc по умолчанию. Проверить его присутствие в системе можно так:
[[email protected]x ~]$ which gcc
/usr/bin/gcc
Результат свидетельствует о присутствии компилятора.
ПРИМЕЧАНИЕ
Ваш дистрибутив может иметь метапакет (коллекцию пакетов) для разработки программ. В этом случае рекомендуется установить его, если вы собираетесь компилировать программы в своей системе. Если такой метапакет отсутствует, попробуйте установить пакеты gcc и make. Во многих дистрибутивах их вполне достаточно для выполнения упражнений, предлагаемых далее.
Получение исходного кода
В нашем упражнении мы скомпилируем программу с названием diction из проекта GNU. Эта маленькая удобная программка проверяет качество и стиль содержимого текстовых файлов. А поскольку она невелика, она легко компилируется.
Следуя соглашениям, мы сначала создадим каталог src для исходного кода и затем загрузим в него исходный код с помощью команды ftp:
[[email protected] ~]$ mkdir src
[[email protected] ~]$ cd src
[[email protected] src]$ ftp ftp.gnu.org
Connected to ftp.gnu.org.
220 GNU FTP server ready.
Name (ftp.gnu.org:me): anonymous
230 Login successful.
Remote system type is UNIX.
Using binary mode to transfer files.
ftp> cd gnu/diction
250 Directory successfully changed.
ftp> ls
200 PORT command successful. Consider using PASV.
150 Here comes the directory listing.
-rw-r--r-- 1 1003 65534 68940 Aug 28 1998 diction-0.7.tar.gz
-rw-r--r-- 1 1003 65534 90957 Mar 04 2002 diction-1.02.tar.gz
-rw-r--r-- 1 1003 65534 141062 Sep 17 2007 diction-1.11.tar.gz
226 Directory send OK.
ftp> get diction-1.11.tar.gz
local: diction-1.11.tar.gz remote: diction-1.11.tar.gz
200 PORT command successful. Consider using PASV.
150 Opening BINARY mode data connection for diction-1.11.tar.gz (141062
bytes).
226 File send OK.
141062 bytes received in 0.16 secs (847.4 kB/s)
ftp> bye
221 Goodbye.
[[email protected] src]$ ls
diction-1.11.tar.gz
ПРИМЕЧАНИЕ
Поскольку мы сами управляем процессом компиляции исходного кода, поместим его в каталог ~/src. Исходный код, устанавливаемый дистрибутивом, помещается в каталог /usr/src, а исходный код, предназначенный для использования множеством пользователей, обычно устанавливается в /usr/local/src.
Исходный код обычно распространяется в виде сжатого tar-файла. Иногда называемые тарболлами (tarball), эти файлы содержат дерево исходных текстов, или иерархию каталогов и файлов, составляющих исходный код. Подключившись к FTP-сайту, мы получили список доступных tar-файлов и выбрали для загрузки самую свежую версию. При помощи команды get программы ftp скопировали файл с сервера FTP на локальную машину.
После загрузки tar-файла его нужно распаковать. Делается это с помощью программы tar:
[[email protected] src]$ tar xzf diction-1.11.tar.gz
[[email protected] src]$ ls
diction-1.11 diction-1.11.tar.gz
ПРИМЕЧАНИЕ
Программа diction, подобно всем программам из проекта GNU, следует определенным стандартам упаковки исходного кода. Большая часть других исходных кодов, доступных в экосистеме Linux, также следует этому стандарту. Одним из элементов стандарта является создание каталога с деревом исходных текстов и именем project-x.xx после распаковывания tar-файла, то есть с именем, содержащим имя проекта и номер версии. Такая схема упрощает установку нескольких версий одной и той же программы. Однако перед распаковыванием хорошо бы исследовать организацию дерева. При распаковывании некоторых проектов каталог не создается, а файлы помещаются непосредственно в текущий каталог, что может вызвать неразбериху и путаницу в хорошо организованном каталоге src. Чтобы избежать этого, пользуйтесь следующей командой для исследования содержимого tar-файла:
tar tzvf tarfile | head
Исследование дерева исходных текстов
В результате распаковывания tar-файла был создан новый каталог new diction-1.11. Этот каталог содержит дерево исходных текстов. Давайте заглянем внутрь:
[[email protected] src]$ cd diction-1.11
[[email protected] diction-1.11]$ ls
config.guess diction.c getopt.c nl
config.h.in diction.pot getopt.h nl.po
config.sub diction.spec getopt_int.h README
configure diction.spec.in INSTALL sentence.c
configure.in diction.texi.in install-sh sentence.h
COPYING en Makefile.in style.1.in
de en_GB misc.c style.c
de.po en_GB.po misc.h test
diction.1.in getopt1.c NEWS
Здесь мы видим множество файлов. Программы, принадлежащие проекту GNU, а также многие другие поставляются вместе с файлами документации README, INSTALL, NEWS и COPYING. В них содержится описание программы, информация о порядке сборки и установки и условия лицензионного соглашения. Я рекомендую всегда внимательно прочитывать файлы README и INSTALL перед сборкой программы.
Другими интересными файлами в этом каталоге являются файлы с расширениями .c и .h:
[[email protected] diction-1.11]$ ls *.c
diction.c getopt1.c getopt.c misc.c sentence.c style.c
[[email protected] diction-1.11]$ ls *.h
getopt.h getopt_int.h misc.h sentence.h
Файлы с расширением .c содержат две программы на C, входящие в состав пакета (style и diction), разбитые на несколько модулей. Большие программы часто разбивают на более мелкие, более простые в сопровождении фрагменты. Файлы с исходным кодом содержат простой текст, и их можно исследовать с помощью less:
[[email protected] diction-1.11]$ less diction.c
Файлы с расширением .h известны как заголовочные файлы. Они тоже содержат простой текст — описание подпрограмм, подключаемых из файла с исходным кодом или библиотеки. Чтобы компилятор смог связать модули, он должен иметь описание всех модулей, составляющих единую программу. Ближе к началу в файле diction.c имеется следующая строка:
#include "getopt.h"
Она требует от компилятора прочитать фал getopt.h, прежде чем продолжать чтение исходного кода в diction.c, чтобы «узнать», что имеется в файле getopt.c. Файл getopt.c содержит код подпрограмм, используемых обеими программами, style и diction.
