»Analysieren heißt, etwas kaputt machen unter dem Vorwand, man wolle nachsehen, wie es arbeitet.« Anonym

21 Softwareentwicklung

Nun werden wir uns der Thematik »Softwareentwicklung unter Unix« annehmen, wobei unser Hauptaugenmerk natürlich auf Linux und BSD liegen wird. Die meisten Programme, die wir Ihnen in diesem Kapitel vorstellen, sind allerdings auch unter anderen Unix(-ähnlichen) Systemen, etwa Solaris, lauffähig.

Zunächst werden wir Ihnen einen Überblick über die Interpreter und Compiler verschaffen, die Ihnen zur Verfügung stehen. Danach führen Sie Sie sowohl in die Programmiersprache C als auch in die Sprache Perl ein, da diese beiden Sprachen neben der Shellskriptprogrammierung unter Linux, Unix und BSD die wichtigsten Werkzeuge eines Programmierers sind.

Neben den Interpretern und Compilern stellt Linux durch Tools wie make, diverse Editoren und IDEs, yacc und flex, cvs und svn, tonnenweise Libraries, den GNU-Debugger gdb und den GNU-Profiler gprof weitere wichtige Tools zur Softwareentwicklung bereit, bei denen eigentlich kein wichtiger Wunsch unerfüllt bleiben sollte. Natürlich werden wir Ihnen auch auch diese Tools in diesem Kapitel vorstellen.

21.1 Interpreter und Compiler

Es ist fast gleichgültig, welche Programmiersprache Sie bisher verwendet haben. Unter Linux kann fast jede Sprache, sofern diese nicht gerade systemabhängig ist (etwa Windows-Batch oder Visual-Basic), weiterverwendet werden. Das gilt nicht nur für die Sprachen, die sowieso weit verbreitet sind -- etwa C, C++, Java, Ruby, Perl, Python, Tcl oder Fortran. Nein, auch Erlang, LUA, Common-Lisp, Scheme und andere Exoten können problemlos (und in der Regel sogar frei) angewandt werden.

21.1.1 C und C++

Für die Sprachen C und C++ greift man in aller Regel auf die Open-Source-Compiler-Software des GNU-Projekts zurück. Für die Übersetzung der C-Programme wird dabei der gcc (GNU-C-Compiler) und für C++ der g++ verwendet.

Gegeben seien zwei Dateien, datei1.c und datei2.c. In Ersterer wird eine Funktion implementiert, die aus der zweiten aufgerufen wird. An diesem Beispiel kann man sehr einfach demonstrieren, wie man beim gcc miteinander verlinkt. Betrachten wir erst einmal beide Dateien:

$ cat datei1.c
#include <stdio.h>

void
out(char *str)
{
        printf("%s\n", str);
}
$ cat datei2.c
void out(char *);

int
main(int argc, char *argv[])
{
        out("Hello, gcc!");
        return 0;
}

Listing 21.1 datei1.c und datei2.c

Objektdateien

Zunächst erstellen wir Objektdateien der Quelldateien. Dies wird mit der Option -c bewerkstelligt. Daraufhin erstellt der gcc zwei Dateien mit der Endung .o – die besagten Objektdateien.

$ gcc -c datei1.c
$ gcc -c datei2.c
$ ls *.o
datei1.o datei2.o

Listing 21.2 Objektdateien erstellen

Diese beiden Objektdateien werden nun zu einem Programm zusammengelinkt, wobei der Name des Programms mit der Option -o (out) angegeben wird. Lässt man diese Option weg, erstellt gcc eine Binärdatei im ELF-Format mit dem Namen ./a.out.

$ gcc -o prog datei1.o datei2.o
$ ./prog
Hello, gcc!

Listing 21.3 Linken

Diese beiden Vorgänge lassen sich auf der Kommandozeile jedoch auch vereinfachen, indem man erst gar nicht den Befehl zum Erstellen von Objektdateien übergibt, sondern gleich die Binärdatei zusammenlinkt – der Compiler erledigt den Rest dann intern.

$ gcc -o prog datei1.c datei2.c
$ ./prog
Hello, gcc!

Listing 21.4 Der schnelle Weg

Der Übersetzungsvorgang ist mit dem C++-Compiler im Übrigen gleich. Ersetzen Sie einfach einmal in den obigen Listings gcc durch g++. Sie werden feststellen, dass das Resultat das gleiche ist: eine ausführbare Datei.

Verzeichnisse

Oftmals – und bei etwas größeren Projekten eigentlich immer – bedarf es jedoch, einer individuellen Anpassung der Compiler-Optionen. Der GNU-Compiler unterstützt davon auch äußerst viele, doch wollen wir an dieser Stelle nur die wichtigsten Optionen besprechen.

Header-Pfade

Zunächst kann durch die Option -I ein Verzeichnis angegeben werden, in dem sich Headerdateien befinden. Der gcc durchsucht dieses Verzeichnis dann nach einer entsprechenden Datei, die bei einer C-#include-Anweisung angegeben wird.

Die Include-Pfade können dabei sowohl absolut als auch relativ angegeben werden. Möchten Sie mehrere solcher Include-Pfade mit einbeziehen, so kann dies durch eine Aneinanderreihung von -I-Optionen umgesetzt werden.

$ gcc -o prog -Isrc/include -I../src/include \
-I../lib/src/include datei1.c datei2.c

Listing 21.5 Die Option -I

Library-Pfade

Was für Headerdateien mit der Option -I bewerkstelligt wird, funktioniert für Libraries mit der Option -L. Mit dieser Option können Pfade angegeben werden, in denen nach Library-Dateien gesucht werden soll.

$ gcc -o prog -L/usr/local/lib datei1.c datei2.c

Listing 21.6 Die Option -L

Libraries verwenden

Nachdem Sie nun wissen, wie man Verzeichnisse angeben kann, in denen Library-Dateien liegen, können wir Ihnen natürlich nicht vorenthalten, wie Libraries grundsätzlich eingelinkt werden. Dies funktioniert nämlich mit der Option -l. Dahinter setzt man dann den Namen der gewünschten Library und fertig »is dat janze«.

Um beispielsweise mit der PCAP-Library zu arbeiten, einer Library zum Abfangen von Datenpaketen auf Netzwerkschnittstellen, linken Sie diese durch den folgenden Aufruf ein:

$ gcc -Wall -o tcptool tcptool.c -lpcap

Listing 21.7 pcap nutzen

21.1.2 Perl

Bei Perl (Practical Extraction and Report Language) handelt es sich um eine äußerst mächtige Skriptsprache, mit der man unter Linux, BSD und Unix eigentlich fast alles machen kann – sofern es sich dabei nicht gerade um Kernel-Programmierung handelt. Nebenbei gesagt ist Perl aufgrund der hohen Portabilität auch für andere Betriebssysteme, etwa Windows, verfügbar. Zudem werden häufig Webseiten mit Perl realisiert. Neben dem Einsatz in der System- und Netzwerkprogrammierung gibt es auch Möglichkeiten, mit Perl durch einige Libraries GUI-Programme für X11 zu schreiben. Perl ist übrigens auch ein hervorragender Ersatz zur Shellskriptprogrammierung, da auch in dieser Sprache sehr schnell Skripts realisiert werden können. Ob man sich nun letztendlich für Perl oder doch eher für die Shellskriptprogrammierung (am besten mit awk und sed) entscheidet, hängt primär vom persönlichen Geschmack ab. Während Sie in der Shell in der Regel schneller das gewünschte Resultat erzielen, ist der Entwicklungsaufwand in Perl höher. Dafür ist Perlcodes performanter und die Sprache bietet zudem systemnahere Entwicklungsmöglichkeiten. Perl kann als Zwischenebene zwischen der Shellskriptprogrammierung und der C-Programmierung betrachtet werden.

Standardmäßig sollte jede Linux-Distribution und jedes BSD-Derivat einen Perl-Interpreter in der Standardinstallation beinhalten. Ob Perl auf Ihrem System installiert und, wenn ja, in welcher Version, bekommen Sie durch einen Aufruf von perl -v heraus.

$ perl -v

This is perl, v5.8.5 built for i386-openbsd

Copyright 1987-2004, Larry Wall

Perl may be copied only under the terms of either the
Artistic License or the GNU General Public License,
which may be found in the Perl 5 source kit.

Complete documentation for Perl, including FAQ lists,
should be found on this system using `man perl' or
`perldoc perl'.  If you have access to the Internet,
point your browser at http://www.perl.com/, the Perl
Home Page.

$ perl -e 'print "Hello, World!\n";'
Hello, World!

Listing 21.8 perl -v

perldoc

Neben der Perl-Manpage bietet das Tool perldoc noch weitere Informationen zur Skriptsprache. So finden sich beispielsweise Informationen zur Anwendung diverser Perl-Module in perldoc. Dabei wird der Modulname als Parameter übergeben.

$ perldoc CGI

Listing 21.9 Das Tool perldoc

21.1.3 Java

Java ist wie C++ eine objektorientierte Programmiersprache. Entwickelt wurde die Programmiersprache von SUN Microsystems, die Entwicklung mit Java ist jedoch frei. Der Unterschied zwischen Java und den meisten anderen Sprachen ist der, dass Java nicht wirklich als Skript interpretiert und auch nicht wirklich zu einem Binärprogramm übersetzt wird. Java-Code wird vom Java-Compiler (javac) in eine Bytecode-Datei übersetzt. Eine Bytecode-Datei kann dann auf verschiedenen Systemen vom Java-Interpreter interpretiert werden. Diese »plattformunabhängige« Programmierung ist eines der gepriesenen Features dieser Sprache. Außerdem können mit Java WebApplets entwickelt werden. Dass Java dabei ziemlich lahm ist und auch sonst einige Einschränkungen hat, erzählt einem jedoch meistens niemand.

Die Tools

Möchten Sie unter Linux mit Java arbeiten, benötigen Sie dazu das Java-Development-Kit (JDK) von SUN Microsystems. Die meisten Distributionen bringen diese Software als Paket mit. Andernfalls können Sie das JDK auch von sun.com herunterladen.

Wir wollen an dieser Stelle exemplarisch ein kleines Java-Programm übersetzen und ausführen. Zunächst wird eine Java-Datei erstellt, der wir die Endung .java verpassen.

$ cat << EOF >hello.java
class Hello
{
   public static void main(String args[])
   {
      System.out.println("Hello World!");
   }
}
EOF

Listing 21.10 hello.java

Anschließend wird diese Datei mit dem Java-Compiler übersetzt, der uns eine Datei mit der Endung .class erzeugt.

$ javac hello.java

Listing 21.11 hello.java wird übersetzt.

Nun kann unser Programm durch java ausgeführt werden.

$ java hello
Hello World!

Listing 21.12 java arbeitet.

21.1.4 Tcl

Bei Tcl (Tool Command Language) handelt es sich um eine sehr schnell erlernbare Skriptsprache. Aufgrund der hohen Portabilität ist Tcl, wie Perl, auch auf Windows-Systemen verfügbar.

Mit der Tk-Library lassen sich mit Tcl besonders schnell und einfach grafische Oberflächen für Skripts realisieren. Tk kann auch in Verbindung mit Perl und C verwendet werden, wobei wir Ihnen basierend auf unserer persönlichen Erfahrung von der Kombination Tk und C abraten.[Fn. C in Verbindung mit der Tk-Library ist eine Zumutung. Wir stellen Ihnen später besser zu handhabende Libraries (Qt und Gtk) vor, die auf die Programmiersprachen C++ und C zugeschnitten sind.]

In der Regel gehört der Tcl-Interpreter nicht zum Umfang einer Basisinstallation, wird jedoch als Package und/oder in den Ports fast jeder Distribution bzw. fast jedes Derivats angeboten.

Der Interpreter nennt sich tclsh oder tcl-Versionsnummer. Sollte auf Ihrem System etwa Version 8.4 des Tcl-Interpreters installiert sein, würde der Interpreter tclsh8.4 heißen.

Die Syntax von Tcl kann als Mix aus Bourne-Shell und awk angesehen werden; hier sehen Sie ein kleines Beispiel für die Implementierung und Anwendung einer Funktion, die das Quadrat einer Zahl zurückgibt.

$ tclsh8.4
% proc quad { x  {
   return [expr $x*$x]
}}
% quad 7
49
% quad 12
144
% exit

Listing 21.13 tcl anwenden

wish

Möchte man nun grafische Oberflächen für seine Skripts erstellen, so funktioniert dies in Verbindung mit dem Tk-Interpreter wish. Auch dessen Binary wird oft mit einer Versionsnummer versehen, also etwa wish8.4.

Das Skripting funktioniert dabei recht einfach: Es wird ein Element des Fensters definiert, etwa ein Push-Button. Dieser wird mit Eigenschaften versehen und dann in das Fenster gepackt. Die Syntax ist dabei in einer sehr einfach verständlichen Form gehalten:

$ wish8.4
% button .b1 -text "Hallo, Leser" \
   -command { put "Hallo, Leser!\n" }
.b1
% button .b2 -text "Beenden" -command { exit }
.b2
% pack .b1
% pack .b2
%

Listing 21.14 Buttons mit wish

Dieses kleine Skript erzeugt zwei Buttons. Der erste erhält die Aufschrift »Hallo, Leser« und gibt den Text »Hallo, Leser!« auf der Konsole aus, wenn er gedrückt wird. Der zweite Button mit der Aufschrift »Beenden« beendet das Programm. Nachdem Sie diese Befehle in wish ausgeführt haben, erscheint unter X11 auf dem Bildschirm ein Fenster wie dieses:

Hier klicken, um das Bild zu vergrößern

Abbildung 21.1 Das obige Skript (ausgeführt)

21.1.5 Was es sonst noch gibt

Neben C(++), Java, Perl, Tcl und diversen Shellskriptsprachen stehen Ihnen unter Linux und BSD noch diverse weitere Sprachen und Interpreter zur Verfügung, die in aller Regel ebenfalls frei und offen verfügbar sind. Im Folgenden seien nur die wichtigsten genannt: