1 of 40

Cursul #7

Dezvoltarea programelor

1

2 of 40

There are only two kinds of programming languages: those people always bitch about and those nobody uses.

Bjarne Stroustrup

2

3 of 40

Suport de curs

  • Capitolul 6 - Dezvoltarea aplicațiilor
    • https://github.com/systems-cs-pub-ro/carte-uso/releases

3

4 of 40

Evoluția programării

  • La început se foloseau benzi magnetice sau perforate pentru a executa operații simple pe mașinile de calcul
  • Odată cu evoluția procesoarelor, a apărut limbajul de asamblare
  • În prezent, folosim cel mai des limbaje de nivel înalt

​

​

​

4

5 of 40

Conexiune dezvoltator - utilizator

5

Fișier cod sursă

Fișier cod sursă

biblio-tecă

Fișier obiect

Fișier obiect

Fișier executabil

Pachet software

Fișier de configurare

Fișier de date

compilare

compilare

linking

Dezvoltator

Utilizator

6 of 40

Pachete software

  • Arhive cu fișierele necesare pentru instalarea aplicației
  • Fișiere de date, fișiere de configurare, fișiere executabile
  • Utilizatorul instalează pachetele software și apoi folosește fișierele din acestea
  • dpkg – manager de pachete

6

​

student@host:~$ dpkg -L tcpdump

[...]

/usr/share/man/man8/tcpdump.8.gz # pagina de manual

[...]

/usr/sbin/tcpdump # executabilul din pachet

​

7 of 40

Operațiile utilizatorului cu aplicațiile

  • Instalare
  • Dezinstalare
  • Parcurgere documentație
  • Configurare și personalizare
  • Rulare
  • Dezvoltatorul trebuie să îi facă viața cât mai ușoară utilizatorului

7

8 of 40

Fișiere cod sursă

  • Conțin instrucțiuni scrise într-un anume limbaj de programare, adesea limbaj de nivel înalt
  • Codul citibil al unui limbaj de programare: format text
  • Este scris de programator
  • Primul pas în dezvoltarea unui program
  • Aplicația principală necesară: editor de text

​

8

9 of 40

Editoare

În mod text:

  • Vim
    • Se găsește pe toate sistemele Unix
    • Funcționează în linia de comandă
    • Foarte configurabil
  • Nano
  • Pico
  • Emacs

9

În interfață grafică:

  • Sublime Text
    • Recunoaște limbajele de programare
    • Suportă extensii (ex. Git)
  • Atom
    • Asemănător Sublime Text, dezvoltat de GitHub
    • Are sursa deschisă și nu percepe nicio taxă
  • Visual Studio Code

10 of 40

Caracteristici editoare

  • Indentarea automată a codului
  • Evidențierea cuvintelor cheie
  • Semnalarea erorilor
  • Autocompletion
  • Utilitare pentru debugging integrate

10

11 of 40

Medii integrate de dezvoltare (IDE)

  • Asemănătoare cu editoarele de text, acestea au în plus funcționalități avansate, precum faptul că au compilatoare sau interpretoare integrate
  • De obicei sunt adaptate pentru un număr redus de limbaje
  • Oferă sugestii mai relevante programatorului și metode avansate de a depana programele
  • Exemple: Eclipse, CodeBlocks, Microsoft Visual Studio, NetBeans, Xcode

​

​

11

12 of 40

Compilare

  • Codul sursă este translatat de un program denumit compilator în cod mașină (machine code), după care poate fi executat
  • Exemple compilatoare: GCC – GNU Compiler Collection (pt C/C++,Fortran), MSVC – Microsoft Visual C (pt C/C++)
  • Exemple de limbaj de programare compilat: C, C++, Pascal

12

13 of 40

Etapele compilării

  • Preprocesare: se înlocuiesc macro-uri, se numerotează fiecare linie de cod; rezultatul e un fișier cu extensia „.i”
  • Compilare: codul sursă este transformat în cod în limbaj de asamblare; rezultatul e un fișier cu extensia „.s”
  • Asamblare: codul în limbaj de asamblare este transformat în cod mașină; rezultatul e un fișier cu extensia „.o”
  • Link-editare: se fac legăturile către fișiere externe care conțin simboluri sau funcții apelate din fișierul sursă; dacă avem o funcție definită într-un fișier și folosită în altul, implementarea funcției trebuie legată de apelul ei

13

14 of 40

Etapele compilării

14

15 of 40

Interpretare

  • Un program este executat direct din cod sursă prin intermediul unui interpretor
  • Interpretorul ia fiecare linie, generează codul mașină aferent ei, codul este rulat pe procesor, după care operația este reluată
  • Limbajele interpretate nu oferă acces direct la resursele hardware, ceea ce le face mai sigure, dar și mai ineficiente
  • Pentru dezvoltarea de aplicații care nu țin de sistemul de operare
  • Exemple de interpretoare: GCL – GNU Common Lisp (pt Common Lisp), Python (pt Python), Perl (pt Perl)

​

​

15

16 of 40

Compilare vs interpretare

Compilare

  • Viteză mare de execuție – compilarea e un proces separat față de execuția programului
  • Codul mașină rezultat în urma compilării poate rula doar pe un anumit tip de procesor
  • Limbajele compilate permit distribuirea unui executabil pe alte mașini, fără sa fie nevoie de publicarea codului sursă

​

​

​

​

16

Interpretare

  • Codul sursă se compilează la fiecare rulare
  • Are mai multă portabilitate, deoarece pot fi direct rulate pe orice arhitectură
  • Limbajele interpretate presupun că orice mașină care va rula aplicația dezvoltată trebuie să conțină codul sursă ce va fi rulat

17 of 40

Limbaje hibride

  • Îmbină elemente de compilare cu elemente de interpretare, pentru a rezulta în aplicații portabile, rapide și sigure
  • Transformă codul sursă într-un cd intermediar, care se numește bytecode, care va fi apoi interpretat
  • Exemple de limbaje hibride: Java, C#, JavaScript

17

18 of 40

Biblioteci și framework-uri

  • Un alt aspect important în dezvoltarea programelor
  • Bibliotecile: colecții de resurse pe care le integrăm în aplicațiile noastre pentru a ne ușura procesul de dezvoltare
  • Framework: oferă un schelet pe care aplicația îl urmează pentru a beneficia de proprietățile framework-ului
  • Pentru a fi folosite, acestea trebuie să existe pe sistemul pe care lucrăm

18

19 of 40

De ce programare în C?

  • Limbaj foarte cunoscut
  • Limbaj foarte puternic
  • Limbaj aproape de hardware și de sistemul de operare, ceea ce îl face eficient și rapid
  • Aduce un nivel de abstractizare peste limbajul de asamblare, ușurând scrierea programelor, dar presupunând o cunoaștere avansată a funcționării procesorului

19

20 of 40

De ce nu programare în limbajul C?

  • Limbaj relativ greu de învățat
  • Limbaj periculos, necesită experiență
  • Limbaj mai puțin expresiv
  • Durează mult timp să dezvolți o aplicație
  • Posibile probleme de portabilitate (Linux, Windows, Mac OS X, Android, etc)

20

21 of 40

Dezvoltarea aplicațiilor în C

  • Cel mai cunoscut compilator este gcc (GNU Compiler Collection)
  • Pentru folosirea compilatorului este suficient să rulăm comanda gcc cu parametrii aferenți

​

​

​

​

21

22 of 40

Compilare de program simplu în C

student@host$ ls -F

hello-world.c

student@host$ gcc hello-world.c

student@host$ ls -F

a.out* hello-world.c

student@host$ rm a.out

student@host$ ls -F

hello-world.c

student@host$ gcc -Wall hello-world.c -o hello-world

student@host$ ls -F

hello-world* hello-world.c

student@host$ ./hello-world

Hello, World!

22

23 of 40

Compilare și linking de program simplu în C

student@host$ ls -F

hello-world.c

student@host$ gcc -Wall -c hello-world.c

student@host$ ls -F

hello-world.c hello-world.o

student@host$ gcc hello-world.o -o hello-world

student@host$ ls -F

hello-world* hello-world.c hello-world.o

student@host$ ./hello-world

Hello, World!

23

24 of 40

Modularizare și modul

  • Do one thing, do one thing well!
  • Funcționalitățile diferite intră în fișiere sursă diferite
  • Evităm ingrămădirea funcționalităților într-un singur fișier
  • Fiecare fișier este numit „modul” (module) sau „unitate de compilare” (compilation unit)

24

25 of 40

Compilare și linking din surse multiple

user@host$ ls -F

debug.h http_reply_once.c sock_util.c sock_util.h util.h

user@host$ gcc -Wall -c sock_util.c

user@host$ gcc -Wall -c http_reply_once.c

user@host$ ls -F

debug.h http_reply_once.o sock_util.h util.h

http_reply_once.c sock_util.c sock_util.o

user@host$ gcc http_reply_once.o sock_util.o -o http_reply_once

user@host$ ls -F

debug.h http_reply_once.c sock_util.c sock_util.o

http_reply_once* http_reply_once.o sock_util.h util.h

25

26 of 40

Procesul de build

  • Building: obținerea unui executabil, a unui set de executabile sau a unui pachet software din fișiere cod sursă
  • O versiune de pachet construită se mai cheamă și un build
  • Pentru programe scrise în C înseamnă compilare, linkind, împachetare

​

26

27 of 40

Sisteme de build

  • Cele care permit automatizarea procesului de build, deoarece este obositor să rulăm toate comenzile de fiecare dată când aducem o modificare codului sursă
  • make: folosit foarte mult în lumea Unix/Linux
  • Ant, Maven: folosit pentru Java
  • Scons: scris în Python
  • Rake: folosit pentru Ruby
  • altele

27

28 of 40

Automatizarea procesului de build - make

  • Utilitarul de automatizare cel mai folosit pentru aplicațiile C/C++
  • Pentru a folosi make e suficient să creăm un fișier cu numele Makefile în structura programului nostru
  • În Makefile se scriu reguli – un fel fișier cu rețete
  • La rularea comenzii make, utilitarul găsește acel fișier și execută instrucțiunile descrise
  • Formatul unui fișier makefile:

28

Regula: dependinte

<tab> comanda

29 of 40

Exemplu fișier Makefile

29

build: utils.o hello.o help.o

gcc utils.o help.o hello.o -o hello

​

all:

gcc simple_hello.c -o simple

​

utils.o: utils.c

gcc –c utils.o

​

hello.o: hello.c

gcc –c hello.c

​

help.o: help.c

gcc –c help.c

​

clean:

rm –f *.o hello

  • Regula reprezintă numele unei instrucțiuni
  • La simpla rulare a comenzii make, prima regulă din fișier este cea care va fi executată
  • make <nume_regula>: va executa comanda aferentă regulii cu numele respectiv
  • Dependințele sunt fișiere sau reguli necesare pentru a rula o regulă

30 of 40

Folosire simplă make

30

all: hello-world

​

hello-world: hello-world.c

gcc –Wall hello-world.c –o hello-world

​

clean:

rm –f hello-world hello-world.o

student@host$ ls -F

hello-world.c

student@host$ make

gcc -Wall hello-world.c -o hello-world

student@host$ ls -F

hello-world* hello-world.c

31 of 40

Folosire elegantă a Make pentru surse multiple

31

.PHONY: all clean

​

All: http_reply_once

​

http_reply_once: http_reply_once.o sock_util.o

gcc http_reply_once.o sock_util.o -o http_reply_once

​

http_reply_once.o: http_reply_once.c util.h debug.h sock_util.h

gcc -Wall -c http_reply_once.c

​

sock_util.o: sock_util.c util.h debug.h sock util.h

gcc -Wall -c sock util.c

​

clean:

rm -f http_reply_once http_reply_once.o sock_util.o

rm -f *

student@host$ ls -F

Makefile debug.h http_reply_once.c sock_util.c sock_util.h util.h

student@host$ make

gcc -Wall -c http_reply_once.c

gcc -Wall -c sock_util.c

gcc http_reply_once.o sock_util.o -o http_reply_once

student@host$ ls -F

Makefile http_reply_once* http_reply_once.o sock_util.h util.h

debug.h http_reply_once.c sock_util.c sock_util.o

32 of 40

Depanarea programelor

  • O mare parte din timpul destinat dezvoltării aplicațiilor îl dedicăm depanării
  • Se întâmplă de multe ori ca programul rulat să arunce o eroare sau sa nu obținem rezultatul dorit
  • Erorile pot să varieze de la un simbol uitat până la accesări ilegale de memorie sau erori în logică
  • Unul din cele mai cunoscute utilitare este gdb
  • Cea mai simplă metodă de depanare e să afișăm mesaje pe parcursul execuției, dar nu este deloc eficientă

​

32

33 of 40

Sisteme de management și versionare

  • Avem nevoie de ele pentru a ne ușura lucrul în echipă la proiecte complexe, pentru a partaja cod intr-un mod eficient si sigur
  • Git:
    • Sistem de management și versionare a codului sursă care permite partajarea unui proiect în cadrul echipei
    • Proiectul este stocat într-un repository
    • Fiecare utilizator lucrează la o versiune proprie a proiectului, pe care apoi o urcă online și este automat integrată în proiect

​

33

34 of 40

Licențe pentru programe

  • Oferă informații despre dreptul de folosire și distributie a programului
  • Când publicăm un program pe care l-am dezvoltat, este important să definim scopul aplicației și să îi atribuim o licență corespunzătoare
  • De asemenea, este foarte important să verificăm licența fiecărui pachet extern pe care îl integrăm în aplicația noastră
  • Licența unui modul extern poate dicta licența pe care trebuie să o atribuim programului nostru
  • Cele mai cunoscute licențe software: GNU GPL, GNU LGPL, MIT

34

35 of 40

Resurse utile

  • http://www.oualline.com/style/index.html
  • http://www.gnu.org/software/make/
  • http://www.gnu.org/software/libc/manual/
  • http://git-scm.com/
  • http://gitimmersion.com/
  • http://www.moolenaar.net/habits.html

35

36 of 40

Compilers: Principles, Techniques and Tools

  • The Dragon Book
  • Aho, Sethi, Ullman
  • 2nd Edition, 2006
  • cartea de bază pentru toate cursurile de compilatoare din universități
  • expunere exhaustive a analizei sintactice, semantice și parserelor

36

37 of 40

Guido van Rossum

  • inventatorul limbajului de programare Python
  • benevolent Dictator for Life (BDFL) pentru Python
  • a activat la Google în perioada 2005-2012
  • din 2013 lucrează la Dropbox

37

38 of 40

Google

  • google.com - cel mai folosit site din lume
  • fondată de Larry Page și Sergey Brin
  • Lansată în 1998
  • Inițial: search engine + advertising
  • Aplicații web
  • Android
  • Chrome
  • YouTube

38

39 of 40

Valgrind

  • http://valgrind.org
  • detectarea de probleme la rulare (runtime)
  • în principal folosit pentru probleme de lucru cu memoria
  • Linux și Darwin (Mac OS X)
  • un engine peste care rulează componente dedicate: memcheck (implicit), cachegrind, callgrind, helgrind

39

40 of 40

Cuvinte cheie

  • Cod sursă
  • Cod mașină
  • Editor
  • IDE
  • Pachet Software
  • Fișier executabil
  • Fișier Obiect
  • Compilare

40

  • Linking
  • Limbajul C
  • gcc
  • modularizare
  • Sistem de build
  • make
  • Makefile
  • Git