第2章：进阶Linux系统——第10节：Linux 系统编程与 Shell 脚本全解笔记（GCC+Make+Vim+Shell Script）

一、文档核心总览

二、程序调试基础（核心概念）

[2.1 调试定义](#2.1 调试定义)

[2.2 程序三大错误类型](#2.2 程序三大错误类型)

（1）编译时错误

（2）运行时错误

[（3）逻辑错误 & 语义错误](#（3）逻辑错误 & 语义错误)

[三、GCC 编译器使用（Linux 标准编译器）](#三、GCC 编译器使用（Linux 标准编译器）)

[3.1 GCC 基础认知](#3.1 GCC 基础认知)

[3.2 GCC 安装（CentOS/RHEL 7）](#3.2 GCC 安装（CentOS/RHEL 7）)

（1）检查是否安装

[（2）yum 安装 GCC](#（2）yum 安装 GCC)

[3.3 GCC 核心编译命令](#3.3 GCC 核心编译命令)

[（1）基础编译（默认生成 a.out）](#（1）基础编译（默认生成 a.out）)

（2）分步编译（生成目标文件.o）

[（3）多文件编译（主程序 + 子程序）](#（3）多文件编译（主程序 + 子程序）)

[（4）链接外部函数库（以数学库 libm 为例）](#（4）链接外部函数库（以数学库 libm 为例）)

[（5）GCC 常用参数汇总](#（5）GCC 常用参数汇总)

[四、Make 与 Makefile（自动化编译工具）](#四、Make 与 Makefile（自动化编译工具）)

[4.1 为什么用 Make](#4.1 为什么用 Make)

[4.2 Makefile 基本语法](#4.2 Makefile 基本语法)

（1）核心规则

[（2）基础 Makefile 示例](#（2）基础 Makefile 示例)

[（3）Makefile 变量简化](#（3）Makefile 变量简化)

[4.3 Make 常用命令](#4.3 Make 常用命令)

[4.4 Makefile 变量优先级](#4.4 Makefile 变量优先级)

[五、Vim 编辑器（Linux 必备文本工具）](#五、Vim 编辑器（Linux 必备文本工具）)

[5.1 Vim 三大工作模式](#5.1 Vim 三大工作模式)

（1）编辑模式（命令模式）

（2）插入模式

（3）命令模式（末行模式）

[5.2 Vim 高频操作速查](#5.2 Vim 高频操作速查)

[六、Shell 环境与基础操作](#六、Shell 环境与基础操作)

[6.1 Shell 核心概念](#6.1 Shell 核心概念)

[6.2 Shell 变量](#6.2 Shell 变量)

（1）变量定义与引用

（2）变量作用域

（3）常用环境变量

[6.3 多重命令执行（&&、||、;）](#6.3 多重命令执行（&&、||、;）)

[6.4 输入输出重定向](#6.4 输入输出重定向)

[6.5 管道命令|](#6.5 管道命令|)

七、正则表达式（文本处理神器）

[7.1 基础正则字符](#7.1 基础正则字符)

[7.2 grep 配合正则使用](#7.2 grep 配合正则使用)

[八、Shell Script 编程（自动化脚本）](#八、Shell Script 编程（自动化脚本）)

[8.1 脚本基础](#8.1 脚本基础)

（1）脚本结构

（2）脚本执行方式

[8.2 脚本核心功能](#8.2 脚本核心功能)

[（1）用户输入（read 命令）](#（1）用户输入（read 命令）)

（2）数值运算

（3）日期处理

[8.3 条件判断](#8.3 条件判断)

[（1）test 命令判断](#（1）test 命令判断)

（2）中括号[]判断（常用）

[（3）if 条件语句](#（3）if 条件语句)

[（4）case 条件语句（多固定值匹配）](#（4）case 条件语句（多固定值匹配）)

[8.4 循环语句](#8.4 循环语句)

[（1）while 循环（条件成立则循环）](#（1）while 循环（条件成立则循环）)

[（2）for 循环（固定次数 / 遍历）](#（2）for 循环（固定次数 / 遍历）)

[8.5 函数（function）](#8.5 函数（function）)

[8.6 脚本调试](#8.6 脚本调试)

九、扩展知识（进阶补充）

[9.1 GCC 调试扩展（gdb 工具）](#9.1 GCC 调试扩展（gdb 工具）)

[9.2 Makefile 高级特性](#9.2 Makefile 高级特性)

[9.3 Shell 脚本高级应用](#9.3 Shell 脚本高级应用)

[9.4 Vim 高级配置](#9.4 Vim 高级配置)

[9.5 正则扩展（扩展正则）](#9.5 正则扩展（扩展正则）)

十、核心知识点总结

一、文档核心总览

本笔记基于RHEL 7.4/CentOS 7.4系统，整合程序调试、GCC 编译、Make 工具、Vim 编辑器、Shell 环境、正则表达式、Shell 脚本编程全流程知识，覆盖 Linux 下程序开发与系统自动化管理核心技能，适合零基础入门与实战应用。

二、程序调试基础（核心概念）

2.1 调试定义

Bug：程序中的错误，源于早期计算机因臭虫导致故障的典故。
Debug：查找并修复程序错误的过程，是程序员核心技能。

2.2 程序三大错误类型

（1）编译时错误

编译器无法识别语法，直接编译失败，不生成可执行文件。
常见原因：拼写错误、符号缺失、语法不规范。
特点：编译器会提示错误行，新手易犯，经验丰富后可快速定位。

（2）运行时错误

编译通过、生成可执行文件，但运行时崩溃。
常见原因：数组越界、除零错误、内存溢出、函数未定义。
特点：编译器无法检测，需运行时排查。

（3）逻辑错误 & 语义错误

编译、运行均无报错，但程序执行结果不符合预期。
本质：代码逻辑与设计意图不符。
排查方法：通过输出结果反向推导代码执行流程。

三、GCC 编译器使用（Linux 标准编译器）

3.1 GCC 基础认知

全称：GNU Compiler Collection（GNU 编译器集合）。
支持语言：C、C++、Fortran、Java、Objective-C 等。
地位：Linux / 类 UNIX 系统标准编译器，开源免费。

3.2 GCC 安装（CentOS/RHEL 7）

（1）检查是否安装

复制代码

rpm -qa | grep gcc

（2）yum 安装 GCC

复制代码

# 挂载光盘镜像
mount /dev/cdrom /iso
# 配置yum源
vim /etc/yum.repos.d/dvd.repo
# 写入内容
[dvd]
name=dvd
baseurl=file:///iso
gpgcheck=0
enabled=1
# 清除缓存并安装
yum clean all
yum install gcc gcc-c++ -y

3.3 GCC 核心编译命令

（1）基础编译（默认生成 a.out）

复制代码

gcc hello.c  # 直接编译，生成a.out可执行文件
./a.out      # 运行程序

（2）分步编译（生成目标文件.o）

复制代码

gcc -c hello.c  # 仅编译，不链接，生成hello.o目标文件
gcc -o hello hello.o  # 将.o文件链接为指定名称的可执行文件
./hello  # 运行

（3）多文件编译（主程序 + 子程序）

复制代码

# 编译多个源文件为.o
gcc -c thanks.c thanks_2.c
# 链接为可执行文件
gcc -o thanks thanks.o thanks_2.o
./thanks

（4）链接外部函数库（以数学库 libm 为例）

错误场景：使用sin/cos函数直接编译报错undefined reference to sin。
原因：数学函数位于libm.so库，需手动链接。
正确命令：

gcc sin.c -lm -L/usr/lib -I/usr/include
参数解释：
- -l：链接指定函数库（-lm = 链接libm.so）。
- -L：指定函数库搜索路径（默认/lib//usr/lib）。
- -I：指定头文件搜索路径（默认/usr/include）。

（5）GCC 常用参数汇总

参数	作用
`-c`	仅编译生成.o 目标文件，不链接
`-o 文件名`	指定输出可执行文件名称
`-Wall`	显示所有警告信息，严谨编译
`-O`	编译优化，提升程序运行速度
`-g`	生成调试信息，供 gdb 调试使用

四、Make 与 Makefile（自动化编译工具）

4.1 为什么用 Make

场景：多文件项目编译命令繁琐，修改单个文件需重新编译所有文件。
优势：
1. 一键执行编译流程，简化命令。
2. 自动检测文件修改，仅编译更新的文件，提升效率。
3. 统一编译规则，便于项目管理。

4.2 Makefile 基本语法

（1）核心规则

复制代码

目标(target): 依赖文件
<Tab> 编译命令  # 必须以Tab开头，不能用空格！

目标：要生成的文件（如可执行文件 main）。
依赖文件：生成目标所需的.o 文件 / 源文件。
命令：执行的编译指令，必须以 Tab 键开头。

（2）基础 Makefile 示例

复制代码

main: main.o haha.o sin_value.o cos_value.o
	gcc -o main main.o haha.o sin_value.o cos_value.o -lm
clean:
	rm -f main *.o

（3）Makefile 变量简化

复制代码

# 定义变量
LIBS = -lm
OBJS = main.o haha.o sin_value.o cos_value.o
CFLAGS = -Wall  # 编译参数
# 规则
main: ${OBJS}
	gcc -o $@ ${OBJS} ${LIBS}  # $@代表当前目标（main）
clean:
	rm -f main ${OBJS}

4.3 Make 常用命令

复制代码

make          # 执行第一个目标（默认编译）
make clean    # 执行clean目标，清理编译文件
make main     # 仅编译生成main

4.4 Makefile 变量优先级

命令行指定变量（最高）：CFLAGS="-Wall" make clean main
Makefile 内定义变量
Shell 环境变量（最低）

五、Vim 编辑器（Linux 必备文本工具）

5.1 Vim 三大工作模式

（1）编辑模式（命令模式）

启动 Vim 默认进入，用于执行光标移动、复制、删除、查找。
核心操作：
- 光标移动：h 左、j 下、k 上、l 右；G 尾行、gg 首行、nG 跳转到第 n 行。
- 删除：dd 删整行、x 删单个字符、ndd 删 n 行。
- 复制粘贴：yy 复制、p 粘贴、nyy 复制 n 行。
- 撤销 / 重做：u 撤销、Ctrl+r 重做。

（2）插入模式

用于输入文本，从编辑模式进入：
- i：光标前插入
- a：光标后插入
- o：光标下一行新开行插入
- Esc：退回编辑模式。

（3）命令模式（末行模式）

编辑模式按:进入，用于保存、退出、查找替换。
核心命令：
- :w 保存、:q 退出、:wq 保存退出、:q! 不保存强制退出。
- :set nu 显示行号、:set nonu 隐藏行号。
- :n1,n2 s/旧字符/新字符/gc 批量替换（c = 确认）。

5.2 Vim 高频操作速查

查找：/关键词 向下查找，n 下一个、N 上一个。
快速跳转：0 行首、$ 行尾、Ctrl+f 下一页、Ctrl+b 上一页。
另存为：:w 新文件名。

六、Shell 环境与基础操作

6.1 Shell 核心概念

定义：用户与 Linux 内核的接口，负责解释执行命令。
主流版本：Bash（CentOS/RHEL 默认）、C Shell、Korn Shell。

6.2 Shell 变量

（1）变量定义与引用

复制代码

name="Linux"  # 定义变量
echo $name    # 引用变量

规则：变量名以字母 / 下划线开头，等号两侧无空格。

（2）变量作用域

局部变量：仅当前 Shell 有效。
全局变量：当前 Shell + 子 Shell 有效，用export声明。

var2="unix"
export var2 # 转为全局变量

（3）常用环境变量

变量	作用
`PATH`	命令搜索路径
`HOME`	当前用户家目录
`PWD`	当前工作目录
`PS1`	命令行提示符

6.3 多重命令执行（&&、||、;）

cmd1; cmd2：顺序执行，不判断结果。
cmd1 && cmd2：cmd1 执行成功，才执行 cmd2。
cmd1 || cmd2：cmd1 执行失败，才执行 cmd2。

ls /tmp && echo "目录存在" # 存在则提示
ls /tmp || mkdir /tmp # 不存在则创建

6.4 输入输出重定向

符号	作用
`>`	输出重定向（覆盖）
`>>`	输出重定向（追加）
`<`	输入重定向
`2>`	错误重定向
`&>`	输出 + 错误重定向

复制代码

ls /tmp > file.txt  # 结果写入文件
ls /null 2> /dev/null  # 错误信息丢入空设备

6.5 管道命令`|`

作用：将前一个命令的输出，作为后一个命令的输入。

who | wc -l # 统计登录用户数
dmesg | grep IPv6 # 筛选内核信息

七、正则表达式（文本处理神器）

7.1 基础正则字符

字符	含义
`^word`	以 word 开头
`word$`	以 word 结尾
`.`	任意一个字符
`*`	重复前一个字符 0~ 无数次
`[]`	匹配括号内任意一个字符
`[^]`	反向匹配，不包含括号内字符
`\{n,m\}`	重复前一个字符 n~m 次

7.2 grep 配合正则使用

复制代码

grep -n '^the' sample.txt  # 查找以the开头的行
grep -n '[0-9]' sample.txt # 查找包含数字的行
grep -n 'go\{2,5\}g' sample.txt  # 匹配google类字符串

八、Shell Script 编程（自动化脚本）

8.1 脚本基础

（1）脚本结构

复制代码

#!/bin/bash  # 声明解释器（必须第一行）
# 注释：功能、作者、版本、历史
PATH=/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin:~/bin
export PATH  # 声明环境变量
# 执行代码
echo "Hello World"
exit 0  # 退出脚本，返回值0=成功

（2）脚本执行方式

赋予权限直接执行：chmod +x script.sh && ./script.sh
用 bash 执行：bash script.sh（无需执行权限）
父进程执行：source script.sh（变量会留在当前 Shell）

8.2 脚本核心功能

（1）用户输入（read 命令）

复制代码

read -p "请输入姓名：" name
echo "你好：$name"

（2）数值运算

复制代码

total=$((1+2*3))  # 整数运算
echo $total

（3）日期处理

复制代码

date +%Y%m%d  # 输出年月日
date --date='2 days ago' +%Y%m%d  # 前两天日期

8.3 条件判断

（1）test 命令判断

复制代码

test -e /tmp && echo "存在"  # 判断文件/目录是否存在
test -f file && echo "是普通文件"
test -d dir && echo "是目录"

（2）中括号`[]`判断（常用）

规则：括号两端必须有空格，变量用双引号包裹。

[ " $name" == "Linux" ] && echo "匹配成功" [$ num -gt 10 ] && echo "大于10" # -gt=大于

（3）if 条件语句

复制代码

# 单分支
if [ "$yn" == "Y" ]; then
	echo "继续"
fi

# 多分支
if [ "$yn" == "Y" ]; then
	echo "继续"
elif [ "$yn" == "N" ]; then
	echo "中断"
else
	echo "输入错误"
fi

（4）case 条件语句（多固定值匹配）

复制代码

case $1 in
"hello")
	echo "你好"
	;;
"")
	echo "请输入参数"
	;;
*)
	echo "用法：$0 hello"
	;;
esac

8.4 循环语句

（1）while 循环（条件成立则循环）

复制代码

i=1
s=0
while [ $i -le 100 ]
do
	s=$((s+i))
	i=$((i+1))
done
echo "1+2+...+100=$s"

（2）for 循环（固定次数 / 遍历）

复制代码

# 遍历列表
for animal in dog cat elephant
do
	echo $animal
done

# 数值循环
for ((i=1;i<=10;i++))
do
	echo $i
done

8.5 函数（function）

复制代码

function printit(){
	echo "你的选择：$1"
}
printit 1  # 调用函数，传参1

8.6 脚本调试

复制代码

sh -n script.sh  # 仅检查语法，不执行
sh -x script.sh  # 显示执行过程，排查错误
sh -v script.sh  # 显示脚本内容后执行

九、扩展知识（进阶补充）

9.1 GCC 调试扩展（gdb 工具）

编译时加-g生成调试信息：gcc -g hello.c -o hello
启动 gdb：gdb hello
核心命令：run运行、break 行号设置断点、next单步执行、quit退出。

9.2 Makefile 高级特性

自动变量：$^所有依赖文件、$<第一个依赖文件。
伪目标：.PHONY: clean 避免与同名文件冲突。
嵌套 Makefile：大型项目分目录管理编译规则。

9.3 Shell 脚本高级应用

网络服务检测：用netstat+grep检测端口是否开启。
系统备份：结合tar+date自动按日期备份文件。
批量用户管理：循环读取账号列表，创建 / 删除用户。

9.4 Vim 高级配置

永久显示行号：echo "set nu" >> ~/.vimrc
语法高亮、自动缩进：Vim 默认支持，适合编程。

9.5 正则扩展（扩展正则）

+：重复前一个字符 1 次以上。
?：重复前一个字符 0 或 1 次。
()：分组匹配。
使用：grep -E 或 egrep 支持扩展正则。

十、核心知识点总结

程序错误：编译时、运行时、逻辑错误，排查优先级依次降低。
GCC ：Linux 标准编译器，掌握-c/-o/-lm/-Wall核心参数。
Make ：自动化编译，Makefile 核心是目标 + 依赖 + Tab 命令。
Vim：三大模式切换，编辑 / 插入 / 命令模式高频操作必记。
Shell：变量、重定向、管道、正则是文本处理核心。
Shell 脚本 ：条件判断、循环、函数是自动化编程基础，-x调试必备。