การใช้งาน GNU C/C++ Toolchain สำหรับระบบปฏิบัติการ Linux ในเบื้องต้น#

▷ การเขียนโปรแกรมภาษา C/C++ สำหรับ Linux#

ภาษา C และภาษา C++ เป็นสองภาษาคอมพิวเตอร์ที่มีความใกล้เคียงกัน ภาษา C มีบทบาทที่สำคัญตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน หากย้อนไปถึงประมาณ ปีค.ศ. 1972 เมื่อ Dennis Ritchie ได้เริ่มต้นพัฒนาภาษา C และมีการนำมาใช้เพื่อพัฒนาเคอร์เนลของระบบปฏิบัติการ Unix และระบบปฏิบัติการอื่น เช่น Linux และ BSD เป็นต้น ในช่วงเวลาต่อมา

ภาษา C++ ได้ถูกพัฒนาขึ้นโดย Bjarne Stroustrup โดยมีเป้าหมายคือ ให้เป็นภาษาที่ดีกว่า C ("A Better C") และมีความแตกต่างจากภาษา C โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คือ การรองรับการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ (Object-Oriented Programming: OOP) เช่น การสร้างคลาสและอ็อปเจกต์จากคลาส (Classes and Objects) เป็นต้น

ภาษา C/C++ จะเหมาะสำหรับการเขียนโปรแกรมที่เกี่ยวข้องกับฮาร์ดแวร์และเน้นความเร็วในการประมวลผล เช่น การเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์หรือระบบสมองกลฝังตัว เป็นต้น และทั้งสองภาษาก็มีมาตรฐานอุตสาหกรรม และได้รับการดูแลและพัฒนามาจนถึงปัจจุบัน และก็มีมาตรฐานหลายเวอร์ชันให้เลือกใช้งาน

  • นับตั้งแต่อดีต ได้มีการกำหนดมาตรฐาน ISO / IEC 9899 C Standards สำหรับภาษา C หลายเวอร์ชัน ได้แก่ ANSI-C หรือ C89 (1989), C99 (1999), C11 (2011) และ C18 (2018) ตามลำดับ แต่ C99 ยังเป็นเวอร์ชันที่มีการใช้งานแพร่หลายอยู่
  • ถ้าเป็นภาษา C++ ก็มีมาตรฐาน ISO C++ Standards เริ่มตั้งแต่ C++98 (1998), C++11 (2011), C++14 (2014), C++17 (2017), และ C++20 (2020) ตามลำดับ

บทความนี้กล่าวถึง การลองเขียนโปรแกรมภาษา C และ C++ ในเบื้องต้น และทดลองคอมไพล์โค้ดตัวอย่าง โดยใช้โปรแกรมแบบ Command Line Tools เช่น GNU Toolchain และ Clang / LLVM สำหรับระบบปฏิบัติการ Linux / Debian-based Linux Distribution เช่น Ubuntu และ Raspbian OS (ได้ทดลองใช้ Ubuntu 22.04 LTS)

$ cat /etc/os-release | head -n 5
PRETTY_NAME="Ubuntu 22.04.1 LTS"
NAME="Ubuntu"
VERSION_ID="22.04"
VERSION="22.04.1 LTS (Jammy Jellyfish)"
VERSION_CODENAME=jammy

 

▷ C Standard Libraries#

ตัวอย่างไลบรารีสำหรับการเขียนโปรแกรมภาษาซี ได้แก่

  • "The C Standard Library" (libc) เป็นไลบรารีสำหรับการเขียนโปรแกรมด้วยภาษาซี บางทีก็เรียกว่า "The ISO C Library" และทำงานได้ตามมาตรฐาน ISO/IEC: C Programming Language (เช่น ISO/IEC 9899:1999 หรือ c99)
  • "The C POSIX Library" เป็นไลบรารีสำหรับการเขียนโปรแกรมด้วยภาษา C เช่นเดียวกับ libc แต่มีการเพิ่มหรือกำหนดฟังก์ชันที่แตกต่างออกไป เช่น <pthread.h> สำหรับการเขียนโปรแกรมแบบมัลติเธรด (Multithreaded Programming) เป็นต้น และใช้กับระบบปฏิบัติการที่ทำงานได้ตามข้อกำหนดของมาตรฐาน IEEE ที่มีชื่อว่า POSIX ISO/IEC 9945 (Portable Operating System Interface)
  • "The GNU C Library" (glibc) เป็นอีกหนึ่งไลบรารีสำหรับการเขียนโปรแกรมด้วยภาษาซี มีหลายเวอร์ชัน ล่าสุดคือ GNU glibc 2.36.x (libc6)
    • ทำงานได้ตามข้อกำหนดของ ISO C11 และ POSIX.1-2008
    • พัฒนาโดย The GNU Project และใช้กับคอมไพเลอร์ The GNU C compiler (gcc)
    • มีการใช้งานและพัฒนามาไม่น้อยกว่า 30 ปี และใช้กับระบบปฏิบัติการ Unix / Linux เป็นต้น
    • หลายฟังก์ชันของไลบรารี เกี่ยวข้องกับการเรียกใช้บริการของตัวเคอร์เนลของระบบปฏิบัติการ (และเรียกว่า System Calls หรือ OS Interface Calls)
  • แต่ถ้าใช้กับระบบสมองกลฝังตัว ก็มีไลบรารี "The Red Hat newlib C Library" (newlib) เหมาะสำหรับระบบที่มีตัวประมวลผลเป็นชิปไมโครคอนโทรลเลอร์ และอาจไม่ใช้ระบบปฏิบัติการใด ๆ ร่วมด้วย (ใช้งานแบบ Bare-metal หรือ No underlying OS)
    • ได้มีการพัฒนาครั้งแรกเพื่อใช้เป็นส่วนหนึ่งของซอฟต์แวร์ GNU Cross-Development Toolchain (ซึ่งประกอบด้วย Compiler, Linker, Assembler และ Debugger) รวมถึงซอฟต์แวร์อื่นในปัจจุบัน เช่น Arm GNU Embedded Toolchains
    • มีการจำแนกออกเป็น 2 เวอร์ชันคือ newlib-full (หรือ "full-fat") และ newlib-nano (หรือ "low-fat")
    • ในการสร้างไลบรารี newlib-nano (พัฒนาโดยบริษัท Arm สำหรับชิป Arm Cortex-M Series) ได้มีการตัดบางฟังก์ชันออกไปหรือมีการจัดการที่แตกต่างออกไป ทำให้ใช้หน่วยความจำน้อยกว่า (การใช้ SRAM และ Flash) หรือทำให้โปรแกรมที่ได้จากการคอมไพล์โค้ด มีขนาดเล็กลง (หรือ size-optimized)
    • รองรับการจัดการและใช้งานหน่วยความจำแบบ Heap ได้หลายแบบ เช่น กรณีที่ชิปมีหรือไม่มีวงจร MPU (Memory Protection Unit) หรือ MMU (Memory Management Unit)
    • ถ้าใช้คอมไพเลอร์ ARM GCC (arm-none-eabi-gcc) และต้องการใช้ไลบรารี newlib-nano จะต้องกำหนดตัวเลือกเพิ่มสำหรับ C Flags ดังนี้ --specs=nano.specs
    • ในการใช้งาน newlib / newlib-nano สำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ มีความแตกต่างออกไปจากการเขียนโปรแกรมที่ใช้กับระบบที่มี OS เช่น Linux โดยทั่วไป เช่น การใช้ฟังก์ชัน printf() และ scanf() สำหรับการส่งข้อความเป็นเอาต์พุตหรือรับเข้ามาเป็นอินพุต จะต้องมีการสร้างฟังก์ชันในระดับล่างลงไป (เรียกว่า ฟังก์ชันเหล่านี้ว่า Newlib stub functions) เช่น _read (int fd, char *buf, int count) และ _write (int fd, char *buf, int count) ซึ่งทั้งสองฟังก์ชันนี้เกี่ยวข้องกับการใช้งานวงจร Serial / USART ของชิปไมโครคอนโทรลเลอร์ (Redirecting Standard I/O to USART)
    • การใช้ %f ในคำสั่ง printf() หรือ sprintf() สำหรับข้อมูลที่เป็นเลขทศนิยม (Floating-point) อาจใช้ไม่ได้สำหรับ newlib-nano และใช้ได้เฉพาะข้อมูลที่เลขจำนวนเต็ม (%d)

ไลบรารีสำหรับการเขียนโปรแกรมภาษาซี มีการจัดแบ่งเป็นกลุ่มของฟังก์ชันหรือคำสั่งสำหรับการเขียนโปรแกรม (API) แยกตามไฟล์ C Headers (.h) เช่น

  • inttypes.h
  • stdint.h
  • errno.h
  • math.h
  • stdio.h
  • stdlib.h
  • string.h
  • time.h
  • thread.h
  • ...

 

▷ GNU Toolchain#

ในการคอมไพล์โค้ดภาษา C/C++ ให้เป็นไฟล์โปรแกรมที่เรียกใช้งานได้ (Executable File) จะต้องมีการติดตั้งซอฟต์แวร์ที่เรียกว่า GNU Toolchain ซึ่งประกอบด้วยโปรแกรมย่อยแบ่งเป็นกลุ่มได้ดังนี้

  • The GCC (GNU Compiler Collection) เป็นโปรแกรมที่ทำหน้าที่เป็นคอมไพเลอร์สำหรับโค้ดภาษา C/C++
  • The GNU Binary Utilities (binutils) เป็นโปรแกรมต่าง ๆ ที่ไม่ใช่คอมไพเลอร์ เช่น cpp, ar, ld, size, file, readelf, ...
  • The GNU C/C++ Library เป็นไลบรารี มีทั้งแบบที่เป็น Static และ Shared / Dynamically Linked Library (ไฟล์ลงท้ายด้วย .a และ .so ตามลำดับ) สำหรับการสร้างและใช้งานฟังก์ชันที่ถูกกำหนดโดยมาตรฐานของภาษา C/C++ (เช่น libc6 และ libstdc++6)
  • The GNU Debugger (gdb) เป็นโปรแกรมสำหรับการดีบักการทำงานของโปรแกรมที่ได้จากการคอมไพล์โค้ดแล้ว

สำหรับผู้ที่ใช้ Linux/Ubuntu ให้ทำคำสั่งต่อไปนี้ใน Bash Shell เพื่อติดตั้งโปรแกรม

$ sudo apt update
$ sudo apt install -y build-essential gdb nano

ข้อสังเกต: เครื่องหมาย $ หมายถึง สัญลักษณ์สำหรับ Shell Prompt เพื่อรับคำสั่งจากผู้ใช้

สำหรับ Ubuntu / Debian-based Linux Distro แพ็กเกจ build-essential ประกอบด้วยโปรแแกรมต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกัน (เรียกว่า meta-package) เช่น

  • gcc (the GNU compiler for the C Programming language)
  • g++ (the GNU compiler for the C++ programming language)
  • libc6-dev (the GNU standard C/C++ library + header files)
  • make (used for directing the compilation of programs using Makefile)

และในการติดตั้งแพ็กเกจ เช่น gcc ก็จะมีการติดตั้งแพ็กเกจอื่นที่เกี่ยวข้องด้วย

ลองใช้คำสั่งต่อไปนี้ ตรวจสอบดูว่า build-essential เกี่ยวข้องกับแพ็กเกจอื่นอย่างไรบ้าง

$ apt-cache depends build-essential

 

เมื่อได้ติดตั้ง build-essential สำเร็จแล้ว ถัดไปให้ทำคำสั่งใน Bash Shell ดังต่อไปนี้ เพื่อแสดงเวอร์ชันของโปรแกรมที่ได้ติดตั้งไว้พร้อมใช้งานแล้ว เช่น gcc, g++ และ make เป็นต้น

$ gcc --version | head -n 1
gcc (Ubuntu 11.2.0-19ubuntu1) 11.2.0

$ g++ --version | head -n 1
g++ (Ubuntu 11.2.0-19ubuntu1) 11.2.0

$ make --version | head -n 1
GNU Make 4.3

คำสั่ง nano (GNU nano) เป็นโปรแกรมประเภท Command-Line Text Editor เหมาะสำหรับการเรียกใช้งานในหน้าต่าง Terminal หรือ Shell Console

นอกจากนั้นยังมีตัวเลือกอื่นอีกที่เป็น Editor สำหรับระบบปฏิบัติการ Ubuntu Desktop เช่น Geany เป็นต้น

ลองเขียนโค้ดภาษา C ตามตัวอย่างต่อไปนี้ โดยใช้ nano และทำคำสั่งใน Bash Shell ดังนี้

$ nano hello.c

โค้ดตัวอย่างนี้ เมื่อทำงานจะแสดงข้อความ Hello World! ในช่องทางเอาต์พุต (เรียกว่า Standard Output) ของโปรแกรม

// file: hello.c
#include <stdio.h>

int main(void) {
  printf( "Hello World!\n" );
  return 0;
}

เมื่อเขียนหรือแก้ไขโค้ดแล้ว ให้บันทึกลงไฟล์ โดยกดคีย์ Ctrl+O แล้วกดปุ่ม Enter เพื่อยืนยันการบันทึกไฟล์ hello.c หากต้องการจบการทำงานของโปรแกรม nano ให้กดคีย์ Ctrl+X

คำอธิบายโค้ด

  • ในบรรทัดแรก มีสัญลักษณ์ // (Double Slash) ดังนั้นสิ่งที่ตามมาจนจบหนึ่งบรรทัด เป็นคำอธิบายโค้ด (Line Comment) และไม่มีผลต่อการทำงานของโปรแกรม
  • บรรทัดถัดมาเป็นคำสั่ง #include ซึ่งเป็นสิ่งที่เรียกว่า C Preprocessor Directive เพื่อนำเข้าไฟล์ประเภท Header File ที่มีชื่อว่า stdio.h ภายในไฟล์นี้ มีการประกาศและกำหนดรูปแบบของฟังก์ชัน เช่น printf() ที่จะมีการใช้งานถัดไปในโค้ด เป็นต้น
  • ถัดไปเป็นการสร้างฟังก์ชัน main ทุกโปรแกรมภาษา C จะต้องมีฟังก์ชันอย่างน้อยหนึ่งฟังก์ชัน ซึ่งก็คือ ฟังก์ชัน main
    • การสร้างฟังก์ชันเริ่มต้นด้วยการกำหนดรูปแบบของฟังก์ชัน หรือเรียกว่า Function Header
    • มีการระบุชนิดของข้อมูลที่ฟังก์ชันจะให้ค่า (Return Type) เมื่อจบการทำงานของฟังก์ชัน เช่น int ซึ่งหมายถึง ค่าที่เป็นเลขจำนวนเต็ม
    • มีชื่อฟังก์ชัน (Function Name) ในกรณีนี้คือ main
    • ถัดจากชื่อฟังก์ชันจะต้องมีรายการอาร์กิวเมนต์ (Argument List) อยู่ภายใน ( ... ) ซึ่งเป็นสิ่งที่เป็นอินพุตสำหรับการทำงานของฟังก์ชัน แต่ถ้าไม่มี ให้ระบุว่าเป็น void
    • จากนั้นตามด้วยบล็อกของคำสั่งที่อยู่ระหว่าง { ... } หรือเรียกว่า Function Body ภายในประกอบด้วยประโยคคำสั่งต่าง ๆ (Statements) แต่ละคำสั่งจะถูกแบ่งโดยสัญลักษณ์; (Semicolon)
    • ฟังก์ชันจะจบการทำงาน เมื่อรันโค้ดมาถึงประโยคคำสั่ง return ที่ให้ค่าเป็น 0 ในตัวอย่างนี้ (โดยทั่วไป 0 หมายถึง จบการทำงานแบบปรกติของฟังก์ชัน main)

ลองคอมไพล์โค้ด hello.c โดยใช้คำสั่ง gcc เลือกใช้มาตรฐาน C99 (-std=c99) ให้แสดงข้อความเตือนจากการทำงานของคอมไพเลอร์ (-Wall) และให้สร้างไฟล์เอาต์พุต (Binary Output File) ที่มีชื่อว่า ./hello และอยู่ในรูปแบบของไฟล์ที่เรียกว่า Executable and Linkable Format (ELF)

หากต้องการทดลองรันไฟล์โปรแกรมที่ได้เป็นเอาต์พุต ให้ทำคำสั่งดังนี้

$ gcc -std=c99 -Wall hello.c -o ./hello
$ ./hello
Hello World!

 

ลำดับของคำสั่งในระบบ Linux ต่อไปนี้ ซึ่งเป็นการทำคำสั่ง ls และ awk ตามลำดับในบรรทัดเดียวกัน จะแสดงชื่อไฟล์ ./hello ที่ได้จากการคอมไพล์โค้ด และแสดงขนาดของไฟล์ดังกล่าว (หน่วยเป็นไบต์)

$ ls -l ./hello | awk -F' ' '{print $NF," ",$(NF-4)}'
./hello   15952

หรือจะใช้คำสั่ง size ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ GNU binutils แสดงขนาดของส่วนต่าง ๆ (เรียกว่า Sections) ในไฟล์โปรแกรมดังกล่าว โดยแบ่งเป็น

  • text: Text Section (program instructions) แสดงขนาดของโปรแกรมที่เป็นคำสั่งสำหรับการทำงานของซีพียู
  • data: Data Section (initialized data) สำหรับตัวแปรประเภท global และ static ที่มีการกำหนดค่าเริ่มต้นและไม่ใช่ 0
  • bss: BSS Section (uninitialized data) สำหรับตัวแปรประเภท global และ static ที่ไม่มีการกำหนดค่าเริ่มต้น (แต่จะถูกกำหนดค่าเริ่มต้นให้เป็น 0 เมื่อโปรแกรมเริ่มทำงาน)
$ size ./hello
   text    data     bss     dec     hex filename
   1375     600       8    1983     7bf hello

หรือจะลองใช้คำสั่ง file แสดงข้อมูลเกี่ยวกับไฟล์ ./hello ตามตัวอย่างดังนี้

$ file ./hello
./hello: ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), 
dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, ...

 

นอกจากตัวอย่างโค้ดภาษา C แล้ว ลองมาดูโค้ดตัวอย่างที่เป็นภาษา C++ ที่ให้ผลการทำงานเหมือนกัน และก็สามารถสังเกตเห็นความแตกต่างของรูปแบบคำสั่งได้ไม่ยาก

$ nano hello.cpp

// file: hello.cpp
#include <iostream> // the header file for std (C++ standard library)

int main(void) {
  std::cout << "Hello World!" << std::endl;
  return 0;
}

ในการคอมไพล์โค้ด จะใช้คำสั่ง g++ แทน gcc และสามารถกำหนดมาตรฐานของภาษาที่จะใช้ในการคอมไพล์โค้ดได้ เช่น -std=c+11 หมายถึง ใช้ C++11 (2011)

$ g++ -std=c++11 -Wall hello.cpp -o ./hello

$ ./hello
Hello World!

 

ข้อสังเกต: นอกจาก GNU C/C++ Toolchain แล้ว ยังมีอีกตัวเลือกหนึ่งที่ได้รับความนิยมมากขึ้น คือ Clang C/C++ Compiler และ LLDB Debugger ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ The LLVM Project

การติดตั้งโปรแกรม clang ก็ทำได้ง่าย ดังนี้

$ sudo apt install -y clang 
$ clang --version | head -n1
Ubuntu clang version 14.0.0-1ubuntu1

ลองทำคำสั่ง clang หรือ clang++ สำหรับการคอมไพล์โค้ด

$ clang -std=c99 -Wall hello.c -o hello
$ clang++ -Wall hello.cpp -o hello

 

▷ GCC Compilation Steps#

การใช้คำสั่ง gcc หรือ g++ สามารถคอมไพล์โค้ด C/C++ ในซอร์สไฟล์ (Source File) ให้เป็นไฟล์เอาต์พุตแบบ Executable File ได้ในคำสั่งเดียว แต่การคอมไพล์โค้ด สามารถแบ่งออกเป็นขั้นตอนย่อยได้ ดังนั้น

  1. การทำงานของโปรแกรม C Preprocessor (มีคำสั่งที่เกี่ยวข้องคือ cpp) ที่เกี่ยวข้องกับการใช้งาน Preprocessor Directives หรือ C Macros ในโค้ด เช่น คำสั่ง #include หรือ #define เป็นต้น
  2. การคอมไพล์โค้ด .c หรือ .cpp ด้วยคำสั่ง gcc หรือ g++ ให้เป็นไฟล์ที่มีโค้ดภาษาแอสเซมบลี .s (Assembly Code File)
  3. การคอมไพล์ที่มีโค้ดแอสเซมบลี โดยใช้คำสั่ง as ให้เป็นไฟล์อ็อปเจกต์ .o (Object File)
  4. การทำงานของโปรแกรมที่เรียกว่า Linker เพื่อนำไฟล์อ็อปเจกต์ รวมถึงฟังก์ชันของไลบรารีที่เกี่ยวข้อง มารวมกันเพื่อให้ได้ไฟล์เอาต์พุต (ELF) ในขั้นตอนสุดท้าย

ลองทำคำสั่งต่อไปนี้ 

$ cpp hello.c > hello.i
$ gcc -Wall -S hello.i
$ as hello.s -o hello.o
$ gcc hello.o -o hello

จากนั้นให้ลองดูสิ่งที่อยู่ภายใน hello.i และ hello.s ซึ่งเป็นไฟล์ที่ถูกสร้างขึ้นในขั้นตอนย่อยของการคอมไพล์โค้ด

 

▷ The GNU Debugger#

คำสั่ง gdb (The GNU Debugger: GDB) ใช้สำหรับการดีบักการทำงานของโปรแกรมที่ได้จากการคอมไพล์โค้ดภาษา C/C++ ถัดไปเป็นตัวอย่างการใช้ gdb ในเบื้องต้น

เริ่มต้นด้วยการสร้างไฟล์ใหม่ เช่น main.c แล้วเขียนโค้ดตัวอย่างต่อไปนี้ 

// file: main.c
#include <stdio.h>

int main(void) {
  printf( "The for loop begins...\n" );
  for ( int i=0; i < 3; i++ ) { 
     printf( "Value of the variable i = %d\n", i );
  }
  return 0;
}

ภายในฟังก์ชัน main มีประโยคำสั่ง prinf() สำหรับแสดงข้อความเอาต์พุต และมีประโยคคำสั่ง for เพื่อทำขั้นตอนซ้ำ (3 ครั้ง) ภายในมีคำสั่ง printf() เช่นกัน

การคอมไพล์โค้ดด้วยคำสั่ง gcc จะต้องมีการระบุ -g ซึ่งหมายถึง ให้ใส่ข้อมูลต่าง ๆ ที่จำเป็นสำหรับการดีบักรวมไว้ในไฟล์เอาต์พุตด้วย

$ gcc -std=c99 -Wall -g main.c -o ./main

เมื่อคอมไพล์โค้ดและได้ไฟล์ ./main แล้ว ก็เรียกใช้คำสั่ง gdb ดังนี้

$ gdb ./main

รูป: เริ่มต้นเข้าสู่ GDB Session และตำแหน่งที่มีข้อความ (gdb) เป็นสัญลักษณ์ GDB Prompt เพื่อรอรับคำสั่งถัดไป

ตัวอย่างคำสั่งพื้นฐานของ GDB สำหรับขั้นตอนการดีบักโค้ด เช่น

  • run หมายถึง ให้เริ่มรันโค้ดไปจนจบการทำงานของโปรแกรม หรือเริ่มรันโค้ดใหม่อีกครั้ง
  • start หมายถึง ให้เริ่มรันโค้ดแต่ไปหยุดชั่วคราวที่คำสั่งแรกในฟังก์ชัน main
  • l หรือ list หมายถึง แสดงโค้ดภาษา C ที่เกี่ยวข้อง และสามารถระบุช่วงหมายเลขบรรทัดได้ เช่น list 1,5 แสดงโค้ดตั้งแต่บรรทัด 1 ถึง 5
  • b หรือ breakpoint หมายถึง กำหนดตำแหน่งหยุดชั่วคราวโดยระบุหมายเลขบรรทัดในโค้ด
  • c หรือ continue หมายถึง รันประโยคคำสั่งในโค้ดต่อไป จนกว่าจะถึงตำแหน่งของ Breakpoint ถัดไป
  • n หรือ next หมายถึง ทำประโยคคำสั่งที่อยู่ถัดไปในโค้ดแล้วหยุดชั่วคราว แต่ถ้ามีการเรียกใช้ฟังก์ชัน ก็จะทำจนจบการทำงานของฟังก์ชันดังกล่าว
  • s หรือ step หมายถึง ทำประโยคคำสั่งที่อยู่ถัดไปในโค้ดแล้วหยุดชั่วคราว ถ้ามีการเรียกฟังก์ชันในซอร์สโค้ด ให้เข้าไปทำประโยคคำสั่งข้างในฟังก์ชันแล้วหยุดที่ประโยคคำสั่งแรกของฟังก์ชัน
  • finish หมายถึง ทำคำสั่งไปจนจบการทำงานของฟังก์ชัน หากเข้าไปทำคำสั่งข้างในฟังก์ชันที่เกิดจากการทำคำสั่ง step ก่อนหน้านั้น
  • info breakpoints หมายถึง แสดงตำแหน่งของ Breakpoints ทั้งหมด
  • info local variables หมายถึง แสดงค่าของตัวแปรภายในของฟังก์ชัน
  • delete หมายถึง ยกเลิกตำแหน่งของ Breakpoints ทั้งหมด
  • display หมายถึง แสดงค่าของตัวแปรตามที่ได้ระบุชื่อเอาไว้โดยอัตโนมัติเมื่อหยุดชั่วคราวในแต่ละครั้ง
  • info locals หมายถึง แสดงค่าของตัวแปรภายในฟังก์ชันหรือโค้ดบล็อก (Local Variables) ถ้ามีอยู่ในขณะนั้น
  • info variables หมายถึง แสดงค่าของตัวแปรภายนอก (Global/Static Variables) ถ้ามีในโค้ด
  • q หรือ quit หมายถึง จบการทำงานของ GDB

ให้ลองทำคำสั่งต่อไปนี้ใน GDB ตามลำดับ

  • break main.c:5 เพิ่มตำแหน่ง Breakpoint เพื่อให้หยุดเมื่อถึงบรรทัดที่ 5 ของไฟล์ main.c
  • break main.c:7 เพิ่มตำแหน่ง Breakpoint เพื่อให้หยุดเมื่อถึงบรรทัดที่ 7 ของไฟล์ main.c
  • run รันโปรแกรม ซึ่งจะไปหยุดชั่วคราวที่ตำแหน่งของ Breakpoint ถัดไป
  • display i เพื่อดูค่าของตัวแปร i โดยอัตโนมัติ
  • n หรือ c เพื่อรันโค้ดต่อไป (ทำซ้ำไปจนกว่าจะจบการทำงานของโปรแกรม)

รูป: การทำคำสั่ง l หรือ list ซึ่งจะแสดงโค้ดของไฟล์ main.c

เมื่อได้กำหนดตำแหน่งหยุดชั่วคราวในโค้ด (Breakpoints) แล้วให้ลองรันโค้ด ด้วยคำสั่ง next หรือ continue และสังเกตการทำงานของโปรแกรม

รูป: การกำหนดตำแหน่งหยุดชั่วคราวในโค้ด (Breakpoints) และรันโค้ดสำหรับการดีบัก

ข้อสังเกต: การดีบักโค้ดโดยใช้ GNU Debugger (GDB) และทำคำสั่งแบบ Command Line อาจทำได้ไม่สะดวกนัก แต่ในปัจจุบัน ก็มีซอฟต์แวร์ประเภท IDE ที่สามารถดีบักการทำงานของโค้ดหรือโปรแกรมภาษา C/C++ ได้ในระดับซอร์สโค้ด (Source-Level Debugger) หรือทำงานร่วมกับ GDB ได้ง่ายขึ้น

แนะนำให้ลองศึกษาจากบทความต่อไปนี้

▷ การใช้ Tmux สำหรับทำคำสั่งใน Bash Shell#

การใช้คำสั่ง nano เพื่อแก้ไขไฟล์ หรือ การคอมไพล์โค้ดด้วยคำสั่ง gcc เป็นตัวอย่างการทำคำสั่งใน Bash Shell ในหน้าต่าง Terminal หรือ Console สำหรับผู้ใช้ Linux

Tmux เป็นอีกหนึ่งโปรแกรมที่ช่วยให้ผู้ใช้สามารถแบ่งหน้าต่าง Window ออกเป็นหน้าต่างย่อย เรียกว่า Panes ได้

เริ่มต้นด้วยการติดตั้ง tmux

$ sudo apt install -y tmux

จากนั้นทำคำสั่งเพื่อสร้าง Session สำหรับ Tmux (an open-source terminal multiplexer) และแบ่งหน้าต่างย่อย (Panes) ได้ในแนวนอนหรือแนวตั้ง (Horizontal / Vertical Splitting)

# create a new session on the Tmux server
$ tmux new
# list all sessions
$ tmux ls
# list all windows in the current session
$ tmux list-windows
# split the current window into two panes (75% and 25%)
$ tmux split-window -v -p 25
# list all panes in the current window
$ tmux list-panes

เมื่อได้แบ่งหน้าต่างย่อยแล้ว จะสามารถทำคำสั่งใน Bash Shell ในแต่ละหน้าต่างย่อยได้ และถ้าต้องการสลับไปใช้หน้าต่างย่อยถัดไป (Switch to next pane) ให้กดปุ่ม 'Ctrl+b' ตามด้วย 'o'

รูป: ตัวอย่างการแบ่งหน้าต่างย่อยใน Tmux Window และมีการใช้ nano เพื่อแก้ไขโค้ดในไฟล์ ในหน้าต่างย่อยด้านบน ในขณะที่ในหน้าต่างย่อยด้านล่างใช้สำหรับทำคำสั่ง gcc เพื่อคอมไพล์โค้ด

หากต้องการปิดการใช้งานหน้าต่างย่อยของ Tmux ให้กดปุ่ม Ctrl+d

 

▷ กล่าวสรุป#

บทความนี้ได้นำเสนอการใช้คำสั่งแบบ Command Line สำหรับ Linux / Ubuntu เพื่อลองเขียนโค้ดภาษา C/C++ ในเบื้องต้น และคอมไพล์โค้ดโดยใช้ GNU C/C++ Toolchain และการใช้ GNU Debugger (GDB) เพื่อช่วยในการรันและดีบักโค้ด

 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Created: 2022-08-28 | Last Updated: 2022-12-10