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系统参数与选项

1.1. getopt()

getopt() 是 C 语言中用于处理命令行参数的重要函数，主要用于解析程序的选项和参数。它来源于 <unistd.h> 头文件，编写程序时务必包含该头文件。

函数原型

int getopt(int argc, char * const argv[], const char * optstring);

• argc：主函数的两个整型参数，通常是 main 函数的返回值。
• argv：指向命令行参数的数组，argv[0] 通常是程序名称。
• optstring：选项字符串，定义了哪些选项可以被程序接受。

返回值

getopt() 函数返回以下值：

• 0：表示已经处理完所有选项参数。
• 1 到 126：表示选项字符，-? 表示未知选项，-: 表示必需参数。
• -1：表示错误或无效选项。

内部变量

getopt() 函数定义了一些全局变量：

• extern char * optarg;：保存当前选项参数。
• extern int optind;：保存当前选项参数的位置。
• extern int opterr;：判断是否输出错误信息。
• extern int optopt;：存储未知选项的字符。

选项字符串解析

选项字符串由 - 和 : 组成，表示不同的选项类型：

• -a、-b 等短选项。
• -:file 和 --file 长选项。
• --help 和 --version 内建选项。

示例代码

#include 
   
    
#include 
    
     
int main(int argc, char **argv) {
    int opt;
    while ((opt = getopt(argc, argv, ":a::b:c:")) != -1) {
        switch (opt) {
            case 'a': printf("option a %s\n", optarg); break;
            case 'b': printf("option b %s\n", optarg); break;
            case 'c': printf("option c %s\n", optarg); break;
            case '?': printf("UNKNOWN %c\n", optopt); break;
            case ':': printf("LESS OPT %c\n", optopt); break;
            default: break;
        }
    }
    return 0;
}
    
   

2. 环境管理

2.1. extern char **environ

environ 是一个全局变量，存储了所有环境变量的值。可以通过它获取或修改环境变量。

获取所有环境变量

#include 
   
    
#include 
    
     
int main(int argc, char *argv[]) {
    char **envp = environ;
    char **p = envp;
    while (*p != NULL && !strncmp(*p, "PATH=", 4)) {
        printf("%s\n", *p);
        p++;
    }
    return 0;
}
    
   

2.2. getenv()

getenv() 函数用于获取特定环境变量的值。

char *getenv(const char *name);

• name：环境变量的名称。
• 返回值：成功返回对应值，失败返回 NULL。

2.3. setenv() 和 unsetenv()

setenv() 用于设置或修改环境变量：

int setenv(const char *name, const char *value, int overwrite);

• value：新值。
• overwrite：如果已有该变量，是否覆盖。

unsetenv() 则用于删除环境变量：

int unsetenv(const char *name);

2.4. clearenv()

clearenv() 用于清除所有环境变量：

int clearenv(void);

3. 内存管理

3.1. 内存分配与释放

Linux 系统提供了多种内存管理函数，主要来自 <stdlib.h> 和 <malloc.h>。

malloc()

void *malloc(unsigned int num_bytes);

分配一块大小为 num_bytes 的内存，返回指针。

calloc()

void *calloc(size_t nmemb, size_t size);

分配一块大小为 nmemb * size 的内存，并初始化为 0。

realloc()

void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);

调整已有内存块的大小，返回新指针。

free()

void free(void *ptr);

释放已分配的内存。

内存分配原理

内存分配主要通过 brk() 和 mmap() 系统调用实现：

• brk() 调用修改进程的数据段尾指针，扩展或收缩内存。
• mmap() 在堆和栈之间映射物理内存。

4. 错误处理

4.1. errno

errno 是一个全局变量，存储最新发生的错误代码。不同系统调用会设置不同的错误码。

常用错误代码

• EPERM：权限不足。
• ENOENT：文件或目录不存在。
• EINTR：系统调用被中断。
• EAGAIN：重试操作。
• EBADF：文件描述符无效。

错误输出函数

void perror(const char *s);

输出错误信息，结合 errno。

5. 文件I/O

5.1. 目录

目录是文件系统的基本结构单元，包含文件名和 inode 节点。

目录操作

• chdir()：改变当前目录。
• getcwd()：获取当前目录。
• rmdir()：删除目录。
• mkdir()：创建目录。
• opendir()：打开目录。
• readdir()：读取目录内容。

文件描述符

文件描述符是程序与文件进行 I/O 操作的接口，常用函数：

• open()：打开文件或设备。
• read()：读取文件。
• write()：写入文件。
• close()：关闭文件。

6. 时间管理

6.1. 时间类型

• time_t：表示从 1970 年以来的秒数。
• struct timeval：精确到微秒。
• struct tm：包含时间的各个部分。

时间操作函数

• time()：获取当前时间。
• gettimeofday()：获取高精度时间。
• mktime()：将 struct tm 转换为 time_t。

7. 信号

7.1. 信号机制

信号是程序执行中的异步事件，例如终止、错误、定时器等。处理信号需要注册信号函数。

信号处理函数

void func(int sig) {
    // 处理信号
}
int main() {
    struct sigaction act;
    act.sa_handler = func;
    sigaction(SIGINT, &act, NULL);
    // ...
}

实时信号

实时信号（SIGRT*) 通常用于高优先级任务，不能被阻塞或忽略。

8. POSIX 定义头文件

POSIX 标准定义了许多系统函数，常用头文件包括：

• <dirent.h>：目录项。
• <fcntl.h>：文件控制。
• <signal.h>：信号处理。
• <sys/types.h>：系统数据类型。
• <unistd.h>：用户和群组信息。

通过以上内容，可以全面了解 Linux 系统的底层功能和 API。