如何組織構建多檔案 C 語言程式！Unix 程式和 Makefile 編程！-有解無憂

準備好你喜歡的飲料、編輯器和編譯器，放一些音樂，然后開始構建一個由多個檔案組成的 C 語言程式，

大家常說計算機編程的藝術部分是處理復雜性，部分是命名某些事物，此外，我認為“有時需要添加繪圖”是在很大程度上是正確的，

在這篇文章里，我會撰寫一個小型 C 程式，命名一些東西，同時處理一些復雜性，

優秀 Unix 程式哲學

首先，你要知道這個 C 程式是一個 Unix 命令列工具，

這意味著它運行在（或者可被移植到）那些提供 Unix C 運行環境的作業系統中，當貝爾實驗室發明 Unix 后，它從一開始便充滿了設計哲學，

用我自己的話來說就是：程式只做一件事，并做好它，并且對檔案進行一些操作，雖然“只做一件事，并做好它”是有意義的，但是“對檔案進行一些操作”的部分似乎有點兒不合適，

事實證明，Unix 中抽象的 “檔案” 非常強大，

一個 Unix 檔案是以檔案結束符（EOF）標志為結尾的位元組流，僅此而已，

檔案中任何其它結構均由應用程式所施加而非作業系統，

作業系統提供了系統呼叫，使得程式能夠對檔案執行一套標準的操作：打開、讀取、寫入、尋址和關閉（還有其他，但說起來那就復雜了），

對于檔案的標準化訪問使得不同的程式共用相同的抽象，而且可以一同作業，即使它們是不同的人用不同語言撰寫的程式，

具有共享的檔案介面使得構建可組合的的程式成為可能，

一個程式的輸出可以作為另一個程式的輸入，

Unix 家族的作業系統默認在執行程式時提供了三個檔案：標準輸入（stdin）、標準輸出（stdout）和標準錯誤（stderr），

其中兩個檔案是只寫的：stdout 和 stderr，而 stdin是只讀的，當我們在常見的 Shell 比如 Bash 中使用檔案重定向時，可以看到其效果，

$ ls | grep foo | sed -e 's/bar/baz/g' > ack

這條指令可以被簡要地描述為：ls 的結果被寫入標準輸出，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，sed 的標準輸出重定向到當前目錄下檔案名為 ack的檔案中，

我們希望我們的程式在這個靈活又出色的生態系統中運作良好，因此讓我們撰寫一個可以讀寫檔案的程式，

喵嗚喵嗚：流編碼器/解碼器概念

當我還是一個露著豁牙的孩子懵懵懂懂地學習計算機科學時，學過很多編碼方案，

它們中的有些用于壓縮檔案，有些用于打包檔案，另一些毫無用處因此顯得十分愚蠢，

為了讓我們的程式有個用途，我為它更新了一個 21 世紀的概念，并且實作了一個名為“喵嗚喵嗚” 的編碼方案的概念，

這里的基本的思路是獲取檔案并且使用文本 “meow” 對每個半位元組（半個位元組）進行編碼，小寫字母代表 0，大寫字母代表 1，

因為它會將 4 個位元替換為 32 個位元，因此會擴大檔案的大小，沒錯，這毫無意義，但是看到這樣的編碼后，也會大吃一驚，

$ cat /home/your_sibling/.super_secret_journal_of_my_innermost_thoughts

MeOWmeOWmeowMEoW...

最終的實作

完整的源代碼可以在 GitHub 上面找到，

既然已經確定了要撰寫一個編碼和解碼“喵嗚喵嗚”格式的檔案的程式時，我在 Shell 中執行了以下的命令：

$ mkdir meowmeow

$ cd meowmeow

$ git init

$ touch Makefile # 編譯程式的方法

$ touch main.c # 處理命令列選項

$ touch main.h # “全域”常量和定義

$ touch mmencode.c # 實作對喵嗚喵嗚檔案的編碼

$ touch mmencode.h # 描述編碼 API

$ touch mmdecode.c # 實作對喵嗚喵嗚檔案的解碼

$ touch mmdecode.h # 描述解碼 API

$ touch table.h # 定義編碼查找表

$ touch .gitignore # 這個檔案中的檔案名會被 git 忽略

$ git add .

$ git commit -m "initial commit of empty files"

簡單的說，我創建了一個目錄，里面全是空檔案，并且提交到 git，

即使這些檔案中沒有內容，你依舊可以從它的檔案名推斷每個檔案的用途，為了避免萬一你無法理解，我在每條 touch 命令后面進行了簡單描述，

通常，程式從一個簡單 main.c 檔案開始，只有兩三個解決問題的函式，

然后程式員輕率地向自己的朋友或者老板展示了該程式，然后為了支持所有新的“功能”和“需求”，檔案中的函式數量就迅速爆開了，

“程式俱樂部”的第一條規則便是不要談論“程式俱樂部”，第二條規則是盡量減少單個檔案中的函式，

但是 Makefile 是什么呢？

我知道下一個轟動一時的應用都是你們這些好孩子們用 “終極代碼粉碎者 3000” 集成開發環境來撰寫的，而構建專案是用 Ctrl-Meta-Shift-Alt-Super-B 等一系列復雜的按鍵混搭出來的，

但是如今，使用 Makefile 檔案可以在構建 C 程式時幫助做很多有用的作業，

Makefile 是一個包含如何處理檔案的方式的文本檔案，程式員可以使用其自動地從源代碼構建二進制程式（以及其它東西！）

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，例如 00 行，

　　01 行是一個變數賦值，將 TARGET 變數賦值為字串 my_sweet_program，按照慣例，也是我的習慣，所有 Makefile 變數均使用大寫字母并用下劃線分隔單詞，

　　02 行包含該步驟recipe要創建的檔案名和其依賴的檔案，在本例中，構建目標target是 my_sweet_program，其依賴是 main.c，

最后的 03 行使用了一個制表符號（tab）而不是四個空格，這是將要執行創建目標的命令，在本例中，我們使用 C 編譯器C compiler前端 cc 以編譯鏈接為 my_sweet_program，

使用 Makefile 是非常簡單的，

$ make

cc -o my_sweet_program main.c

$ ls

Makefile main.c my_sweet_program

構建我們喵嗚喵嗚編碼器/解碼器的 Makefile 比上面的例子要復雜，但其基本結構是相同的，我將在另一篇文章中將其分解為 Barney 風格，

形式伴隨著功能

我的想法是程式從一個檔案中讀取、轉換它，并將轉換后的結果存盤到另一個檔案中，

以下是我想象使用程式命令列互動時的情況：

$ meow < clear.txt > clear.meow

$ unmeow < clear.meow > meow.tx

$ diff clear.txt meow.tx

$

我們需要撰寫代碼以進行命令列決議和處理輸入/輸出流，我們需要一個函式對流進行編碼并將結果寫到另一個流中，

最后，我們需要一個函式對流進行解碼并將結果寫到另一個流中，

但是在上面的例子中，我呼叫了兩個指令：meow 和 unmeow？

我知道你可能會認為這會導致越變越復雜，

次要內容：argv[0] 和 ln 指令

回想一下，C 語言 main 函式的結構如下：

int main(int argc, char *argv[])

其中 argc 是命令列引數的數量，argv 是字符指標（字串）的串列，argv[0] 是包含正在執行的程式的檔案路徑，

在 Unix 系統中許多互補功能的程式（比如：壓縮和解壓縮）看起來像兩個命令，但事實上，它們是在檔案系統中擁有兩個名稱的一個程式，這個技巧是通過使用 ln 命令創建檔案系統鏈接來實作兩個名稱的，

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 是同一個檔案但是擁有不同的名字，

我們說它們是相同的檔案因為它們具有相同的 inode 值（第一列），