優(yōu)秀 Unix 程序哲學(xué)
? ? ? ?首先转质，你要知道這個 C 程序是一個?Unix?命令行工具。這意味著它運行在（或者可被移植到）那些提供 Unix C 運行環(huán)境的操作系統(tǒng)中叼风。當(dāng)貝爾實驗室發(fā)明 Unix 后取董，它從一開始便充滿了設(shè)計哲學(xué)。
? ? ? ?用我自己的話來說就是：程序只做一件事无宿，并做好它茵汰，并且對文件進行一些操作。雖然“只做一件事孽鸡，并做好它”是有意義的蹂午，但是“對文件進行一些操作”的部分似乎有點兒不合適。
? ? ? ?事實證明彬碱，Unix 中抽象的 “文件” 非常強大豆胸。一個 Unix 文件是以文件結(jié)束符（EOF）標志為結(jié)尾的字節(jié)流，僅此而已巷疼。
? ? ? ?文件中任何其它結(jié)構(gòu)均由應(yīng)用程序所施加而非操作系統(tǒng)晚胡。操作系統(tǒng)提供了系統(tǒng)調(diào)用，使得程序能夠?qū)ξ募?zhí)行一套標準的操作：打開、讀取估盘、寫入瓷患、尋址和關(guān)閉（還有其他，但說起來那就復(fù)雜了）遣妥。
? ? ? ?對于文件的標準化訪問使得不同的程序共用相同的抽象擅编，而且可以一同工作，即使它們是不同的人用不同語言編寫的程序箫踩。
? ? ? ?具有共享的文件接口使得構(gòu)建可組合的的程序成為可能爱态。一個程序的輸出可以作為另一個程序的輸入。
? ? ? ?Unix 家族的操作系統(tǒng)默認在執(zhí)行程序時提供了三個文件：標準輸入（stdin）班套、標準輸出（stdout）和標準錯誤（stderr）肢藐。其中兩個文件是只寫的：stdout?和?stderr。而?stdin是只讀的吱韭。當(dāng)我們在常見的 Shell 比如 Bash 中使用文件重定向時，可以看到其效果鱼的。
$ ls | grep foo | sed -e 's/bar/baz/g' > ack
? ? ? ?這條指令可以被簡要地描述為：ls?的結(jié)果被寫入標準輸出理盆，它重定向到?grep?的標準輸入，grep?的標準輸出重定向到?sed?的標準輸入凑阶，sed?的標準輸出重定向到當(dāng)前目錄下文件名為?ack?的文件中猿规。
? ? ? ?我們希望我們的程序在這個靈活又出色的生態(tài)系統(tǒng)中運作良好，因此讓我們編寫一個可以讀寫文件的程序宙橱。
喵嗚喵嗚：流編碼器/解碼器概念
? ? ? ?當(dāng)我還是一個露著豁牙的孩子懵懵懂懂地學(xué)習(xí)計算機科學(xué)時姨俩，學(xué)過很多編碼方案。它們中的有些用于壓縮文件师郑，有些用于打包文件环葵，另一些毫無用處因此顯得十分愚蠢。
? ? ? ?為了讓我們的程序有個用途宝冕，我為它更新了一個?21 世紀?的概念张遭，并且實現(xiàn)了一個名為“喵嗚喵嗚” 的編碼方案的概念（畢竟網(wǎng)上大家都喜歡貓）。這里的基本的思路是獲取文件并且使用文本 “meow” 對每個半字節(jié)（半個字節(jié)）進行編碼地梨。小寫字母代表 0菊卷，大寫字母代表 1。因為它會將 4 個比特替換為 32 個比特宝剖，因此會擴大文件的大小洁闰。沒錯，這毫無意義万细。但是想象一下人們看到經(jīng)過這樣編碼后的驚訝表情扑眉。
$ cat /home/your_sibling/.super_secret_journal_of_my_innermost_thoughts
MeOWmeOWmeowMEoW...
? ? ? ?這非常棒。
最終的實現(xiàn)
? ? ? ?目的是說明如何組織構(gòu)建多文件 C 語言程序。
? ? ? ?既然已經(jīng)確定了要編寫一個編碼和解碼“喵嗚喵嗚”格式的文件的程序時襟雷，我在 Shell 中執(zhí)行了以下的命令 ：
$ mkdir meowmeow
$ cd meowmeow
$ git init
$ touch Makefile ? ? # 編譯程序的方法
$ touch main.c ? ? ? # 處理命令行選項
$ touch main.h ? ? ? # “全局”常量和定義
$ touch mmencode.c ? # 實現(xiàn)對喵嗚喵嗚文件的編碼
$ touch mmencode.h ? # 描述編碼 API
$ touch mmdecode.c ? # 實現(xiàn)對喵嗚喵嗚文件的解碼
$ touch mmdecode.h ? # 描述解碼 API
$ touch table.h ? ? ?# 定義編碼查找表
$ touch .gitignore ? # 這個文件中的文件名會被 git 忽略
$ git add .
$ git commit -m "initial commit of empty files"
? ? ? ?簡單的說刃滓，我創(chuàng)建了一個目錄，里面全是空文件耸弄，并且提交到 git咧虎。
? ? ? ?即使這些文件中沒有內(nèi)容，你依舊可以從它的文件名推斷每個文件的用途计呈。為了避免萬一你無法理解砰诵，我在每條?touch?命令后面進行了簡單描述。
? ? ? ?通常捌显，程序從一個簡單?main.c?文件開始茁彭，只有兩三個解決問題的函數(shù)。然后程序員輕率地向自己的朋友或者老板展示了該程序扶歪，然后為了支持所有新的“功能”和“需求”理肺，文件中的函數(shù)數(shù)量就迅速爆開了∩屏“程序俱樂部”的第一條規(guī)則便是不要談?wù)摗俺绦蚓銟凡俊泵萌诙l規(guī)則是盡量減少單個文件中的函數(shù)。
? ? ? ?老實說炫欺，C 編譯器并不關(guān)心程序中的所有函數(shù)是否都在一個文件中乎完。但是我們并不是為計算機或編譯器寫程序，我們是為其他人（有時也包括我們）去寫程序的品洛。我知道這可能有些奇怪树姨，但這就是事實。程序體現(xiàn)了計算機解決問題所采用的一組算法桥状，當(dāng)問題的參數(shù)發(fā)生了意料之外的變化時帽揪，保證人們可以理解它們是非常重要的。當(dāng)在人們修改程序時岛宦，發(fā)現(xiàn)一個文件中有 2049 函數(shù)時他們會詛咒你的台丛。
? ? ? ?因此，優(yōu)秀的程序員會將函數(shù)分隔開砾肺，將相似的函數(shù)分組到不同的文件中挽霉。這里我用了三個文件?main.c、mmencode.c?和?mmdecode.c变汪。對于這樣小的程序侠坎，也許看起來有些過頭了。但是小的程序很難保證一直小下去裙盾，因此哥忒拓展做好計劃是一個“好主意”实胸。
? ? ? ?但是那些?.h?文件呢他嫡？我會在后面解釋一般的術(shù)語，簡單地說庐完，它們被稱為頭文件钢属，同時它們可以包含 C 語言類型定義和 C 預(yù)處理指令。頭文件中不應(yīng)該包含任何函數(shù)门躯。你可以認為頭文件是提供了應(yīng)用程序接口（API）的定義的一種?.c?文件淆党，可以供其它?.c?文件使用。
但是 Makefile 是什么呢讶凉？
? ? ? ?我知道下一個轟動一時的應(yīng)用都是你們這些好孩子們用 “終極代碼粉碎者 3000” 集成開發(fā)環(huán)境來編寫的染乌，而構(gòu)建項目是用 Ctrl-Meta-Shift-Alt-Super-B 等一系列復(fù)雜的按鍵混搭出來的。
? ? ? ?但是如今（也就是今天）懂讯，使用?Makefile?文件可以在構(gòu)建 C 程序時幫助做很多有用的工作荷憋。Makefile?是一個包含如何處理文件的方式的文本文件，程序員可以使用其自動地從源代碼構(gòu)建二進制程序（以及其它東西：滞）
以下面這個小東西為例：
00 # Makefile
01 TARGET= my_sweet_program
02 $(TARGET): main.c
03 ? ?cc -o my_sweet_program main.c
? ? ? ?#?符號后面的文本是注釋勒庄，例如 00 行。
01 行是一個變量賦值瘫里，將?TARGET?變量賦值為字符串?my_sweet_program锅铅。按照慣例，也是我的習(xí)慣减宣，所有?Makefile?變量均使用大寫字母并用下劃線分隔單詞。
02 行包含該步驟recipe要創(chuàng)建的文件名和其依賴的文件玩荠。在本例中漆腌，構(gòu)建目標target是?my_sweet_program，其依賴是?main.c阶冈。
? ? ? ?最后的 03 行使用了一個制表符號（tab）而不是四個空格闷尿。這是將要執(zhí)行創(chuàng)建目標的命令。在本例中女坑，我們使用?C 編譯器C compiler前端?cc?以編譯鏈接為?my_sweet_program填具。
使用?Makefile?是非常簡單的。
$ make
cc -o my_sweet_program main.c
$ ls
Makefile ?main.c ?my_sweet_program
? ? ? ?構(gòu)建我們喵嗚喵嗚編碼器/解碼器的?Makefile?比上面的例子要復(fù)雜匆骗，但其基本結(jié)構(gòu)是相同的劳景。我將在另一篇文章中將其分解為 Barney 風(fēng)格。
形式伴隨著功能
? ? ? ?我的想法是程序從一個文件中讀取碉就、轉(zhuǎn)換它盟广，并將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果存儲到另一個文件中。以下是我想象使用程序命令行交互時的情況：
$ meow < clear.txt > clear.meow
$ unmeow < clear.meow > meow.tx
$ diff clear.txt meow.tx
$
? ? ? ?我們需要編寫代碼以進行命令行解析和處理輸入/輸出流瓮钥。我們需要一個函數(shù)對流進行編碼并將結(jié)果寫到另一個流中筋量。最后烹吵，我們需要一個函數(shù)對流進行解碼并將結(jié)果寫到另一個流中。等一下桨武，我們在討論如何寫一個程序肋拔，但是在上面的例子中，我調(diào)用了兩個指令：meow?和?unmeow呀酸？我知道你可能會認為這會導(dǎo)致越變越復(fù)雜凉蜂。
次要內(nèi)容：argv[0] 和 ln 指令
? ? ? ?回想一下，C 語言 main 函數(shù)的結(jié)構(gòu)如下：
int main(int argc, char *argv[])
? ? ? ?其中?argc?是命令行參數(shù)的數(shù)量七咧，argv?是字符指針（字符串）的列表跃惫。argv[0]?是包含正在執(zhí)行的程序的文件路徑。在 Unix 系統(tǒng)中許多互補功能的程序（比如：壓縮和解壓縮）看起來像兩個命令艾栋，但事實上爆存，它們是在文件系統(tǒng)中擁有兩個名稱的一個程序。這個技巧是通過使用?ln?命令創(chuàng)建文件系統(tǒng)鏈接來實現(xiàn)兩個名稱的蝗砾。
? ? ? ?在我筆記本電腦中?/usr/bin?的一個例子如下：
$ ls -li /usr/bin/git*
3376 -rwxr-xr-x. 113 root root ? ? 1.5M Aug 30 ?2018 /usr/bin/git
3376 -rwxr-xr-x. 113 root root ? ? 1.5M Aug 30 ?2018 /usr/bin/git-receive-pack
...
? ? ? ?這里?git?和?git-receive-pack?是同一個文件但是擁有不同的名字先较。我們說它們是相同的文件因為它們具有相同的 inode 值（第一列）。inode 是 Unix 文件系統(tǒng)的一個特點悼粮，對它的介紹超越了本文的內(nèi)容范疇闲勺。
? ? ? ?優(yōu)秀或懶惰的程序可以通過 Unix 文件系統(tǒng)的這個特點達到寫更少的代碼但是交付雙倍的程序。首先扣猫，我們編寫一個基于其?argv[0]?的值而作出相應(yīng)改變的程序菜循，然后我們確保為導(dǎo)致該行為的名稱創(chuàng)建鏈接。
? ? ? ?在我們的?Makefile?中申尤，unmeow?鏈接通過以下的方式來創(chuàng)建：
# Makefile
...
$(DECODER): $(ENCODER)
? ? ? ? $(LN) -f $< $@
? ? ? ...
? ? ? ?我傾向于在?Makefile?中將所有內(nèi)容參數(shù)化癌幕，很少使用 “裸” 字符串。我將所有的定義都放置在?Makefile?文件頂部昧穿，以便可以簡單地找到并改變它們勺远。當(dāng)你嘗試將程序移植到新的平臺上時，需要將?cc?改變?yōu)槟硞€?cc?時时鸵，這會很方便胶逢。
? ? ? ?除了兩個內(nèi)置變量?$@?和?$<?之外，該步驟recipe看起來相對簡單饰潜。第一個便是該步驟的目標的快捷方式初坠，在本例中是?$(DECODER)（我能記得這個是因為?@?符號看起來像是一個目標）。第二個囊拜，$<是規(guī)則依賴項某筐，在本例中，它解析為?$(ENCODER)冠跷。
? ? ? ?事情肯定會變得復(fù)雜南誊，但它還在管理之中身诺。
看到這里你是不是又學(xué)到了很多新知識呢~
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都是學(xué)編程小伙伴們霉赡，帶你入個門還是簡簡單單啦，一起學(xué)習(xí)幔托，一起加油~
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