命令行 - 工具软件

author: StudyingFather, ayalhw

虽然图形界面能做的事情越来越多，但有很多高阶操作仍然需要使用命令行来解决。

本页面将简要介绍命令行的一些使用方法。

## 一些常用命令[^1]

### 文件系统相关

先介绍文件系统里描述位置的两种方式，相对路径和绝对路径。

- 相对路径：用相对当前路径的位置关系来描述位置。例如当前路径为 `~/folder` ，则 `./a.cpp` 实际上指的就是 `~/folder/a.cpp` 这个文件。 **随着当前路径的变化，相对路径描述的位置也可能发生改变** 。
-	 绝对路径：用完整的路径来描述位置。例如 `~/folder/a.cpp` 就是一个绝对路径的例子。 **绝对路径描述的位置不随当前路径的变化而改变** 。

Windows/Linux 用 `.` 代表当前目录， `..` 代表当前目录的父目录。特别地，在 Linux 下，用 `~` 表示用户主目录（注意 `~` 由 shell 展开，因此在其他地方可能不可用）。

在 Windows/Linux 下，使用 `cd <目录>` 命令可以切换当前的目录。例如， `cd folder` 会切换到当前目录的 `folder` 子目录； `cd ..` 会切换到当前目录的父目录。

在 Windows 下，使用 `dir` 命令可以列出当前目录的文件列表。在 Linux 下，列出文件列表的命令是 `ls` 。

在 Windows 下，使用 `md <目录>` 命令创建一个新目录，使用 `rd <目录>` 命令删除一个目录。在 Linux 下，这两个命令分别是 `mkdir` 和 `rmdir` 。需要注意的是， **使用 `rd` 或是 `rmdir` 删除一个目录前，这个目录必须是空的** 。如果想要删除非空目录（和该目录下的所有文件）的话，Linux 下可以执行 `rm -r <目录>` 命令，Windows 下可以执行 `rd /s <目录>` 命令。

### 重定向机制

> 我编译了一个程序，它从标准输入读入，并输出到标准输出。然而输入文件和输出文件都很大，这时候能不能想办法把输入重定向到指定的输入文件，输出重定向到指定的输出文件呢？

使用如下命令即可做到。

```bash
command < input > output
```

例如， `./prog < 1.in > 1.out` 这个命令就将让 `prog` 这个程序从当前目录下的 `1.in` 中读入数据，并将程序输出覆盖写入到 `1.out` 。

###+ warning
>	`1.out` 原本的内容会被覆盖，如果想要在原输出文件末尾追加写入，请使用 `>>` ，即 `./prog >> 1.out` 的方式做输出重定向

事实上，大多数 OJ 都采用了这样的重定向机制。选手提交的程序采用标准输入输出，通过重定向机制，就可以让选手的程序从给定的输入文件读入数据，输出到指定的输出文件，再进行文件比较就可以评测了。

### 执行程序

对于一个可执行程序或是批处理脚本，只需在命令行里直接输入它的文件名即可执行它。

当然，执行一个文件时，命令行并不会把所有目录下的文件都找一遍。环境变量 `PATH` 描述了命令行搜索路径的范围，命令行会在 `PATH` 中的路径寻找目标文件。

对于 Windows 系统， **当前目录也在命令行的默认搜索范围内** 。例如 Windows 系统中，输入 `hello` 命令就可以执行当前目录下的 `hello.exe` 。

在 Linux 系统中， **当前目录并不在命令行的默认搜索范围内** ，所以执行当前目录下的 `hello` 程序的命令就变成了 `./hello` 。

### 总结

上面介绍的用法只是命令行命令的一小部分，还有很多命令没有涉及到。在命令行里输入帮助命令 `help` ，可以查询所有命令以及它们的用途。

下面给出 Windows 系统和 Linux 系统的命令对照表，以供参考。

| 分类	 | Windows 系统 | Linux 系统	|
| ---- | ---------- | --------- |
| 文件列表 |	`dir`		 |	`ls`		 |
| 切换目录 |	`cd`			|	`cd`		 |
| 建立目录 |	`md`			|	`mkdir`	|
| 删除目录 |	`rd`			|	`rmdir`	|
| 比较文件 |	`fc`			|	`diff`	 |
| 复制文件 |	`copy`		|	`cp`		 |
| 移动文件 |	`move`		|	`mv`		 |
| 文件改名 |	`ren`		 |	`mv`		 |
| 删除文件 |	`del`		 |	`rm`		 |

## 使用命令行编译/调试

### 命令行编译

在命令行下输入 `g++ a.cpp` 就可以编译 `a.cpp` 这个文件了（Windows 系统需提前把编译器所在目录加入到 `PATH` 中）。

编译过程中可以加入一些编译选项：

-	`-o <文件名>` ：指定编译器输出可执行文件的文件名。
-	`-g` ：在编译时添加调试信息（使用 gdb 调试时需要）。
-	`-Wall` ：显示所有编译警告信息。
-	`-O1` ， `-O2` ， `-O3` ：对编译的程序进行优化，数字越大表示采用的优化手段越多（开启优化会影响使用 gdb 调试）。
-	`-DDEBUG` ：在编译时定义 `DEBUG` 符号（符号可以随意更换，例如 `-DONLINE_JUDGE` 定义了 `ONLINE_JUDGE` 符号）。
-	`-UDEBUG` ：在编译时取消定义 `DEBUG` 符号。
-	`-lm` ， `-lgmp` : 链接某个库（此处是 math 和 gmp，具体使用的名字需查阅库文档，但一般与库名相同）。

###+ note
> 在 Linux 下，如使用了标准 C 库里的 math 库（ `math.h` ），则需在编译时添加 `-lm` 参数。[^have-to-link-libm-in-gcc]

### 命令行调试

在命令行下，最常用的调试工具是 gdb。

执行 `gdb a` 就可以调试 `a` 程序。

以下是几个 gdb 调试的常用命令（大多数命令可以缩写，用命令开头的若干个字母就可以代表该命令）：

-	`list` （ `l` ）：列出程序源代码，如 `l main` 指定列出 `main` 函数附近的若干行代码。
-	`break` （ `b` ）：设置断点，如 `b main` 表示在 `main` 函数处设置断点。
-	`run` （ `r` ）：运行程序直到程序结束运行或遇到断点。
-	`continue` （ `c` ）：在程序遇到断点后继续执行，直到程序结束运行或到达下一个断点。
-	`next` （ `n` ）：执行当前行语句，如果当前行有函数调用，则将其视为一个整体执行。
-	`step` （ `s` ）：执行当前行语句，如果当前行有函数调用，则进入该函数内部。
-	`finish` （ `fin` ）：继续执行至当前函数返回。
-	`call` ：调用某个函数，例如： `call f(2)` （以参数 2 调用函数 f）。
-	`quit` （ `q` ）：退出 gdb。
-	`display` （ `disp` ）：指定程序暂停时显示的表达式。
-		`print` （ `p` ）：打印表达式的值。

>	`display` 和 `print` 指令都支持控制输出格式，其方法是在命令后紧跟 `/` 与格式字符，例如 `p/d test` （按照十进制打印变量 test 的值），
> 支持的格式字符有：

| 格式字符 | 对应格式					|
| ---- | ------------- |
| d		| 按十进制格式显示变量		|
| x		| 按十六进制格式显示变量	 |
| a		| 按十六进制格式显示变量	 |
| t		| 按二进制格式显示变量		|
| c		| 按字符格式显示变量		 |
| f		| 按浮点数格式显示变量		|
| u		| 按十进制格式显示无符号整型 |
| o		| 按八进制格式显示变量		|

## 命令行使用技巧

### 自动补全

补全是 Shell 提供的基本功能之一，主要用于减少命令行使用中的输入量和 typo 概率。

一般情况下，使用补全的快捷键一般是<kbd>Tab</kbd>，按下后 Shell 会根据已输入的字符补全信息。

不同的 Shell 提供了能力不尽相同的补全能力。

以下是常见 Shell 的补全能力[^autocomplete]：

| Shell								| 补全能力（补全范围）																							 |
| -------------------- | -------------------------------------------------------- |
| cmd (Windows 的传统控制台） | 文件路径																										 |
| PowerShell					 | 文件路径、PATH 中的命令名、内建命令名、函数名、命令参数，支持模糊匹配，自动纠错							 |
| Bash								 | 文件路径、PATH 中的命令名、内建命令名、函数名、命令参数													 |
| Zsh									| 文件路径、PATH 中的命令名、内建命令名、函数名、命令参数，支持模糊匹配，自动纠错和建议						|
| Fish								 | 文件路径、PATH 中的命令名、内建命令名、函数名、命令参数，支持模糊匹配，补全时可显示参数功能，自动纠错和建议 |

###+ note
> PowerShell 的部分功能需要 PSReadline Module 载入或者位于 PowerShell ISE 中。	
> Bash 的补全功能一般需要一个名为 `bash-completions` 的包才能获得完整功能，部分软件的补全文件由软件包自带。	
> Zsh 完整的补全功能需要配合用户预定义的文件（一般随 Zsh 包或对应软件包安装）。	
> Fish 在默认配置下提供良好完整的补全功能，但仍有部分官方未覆盖到的软件的补全文件由软件自行提供。

### 帮助文档

一般来说，命令行下的程序都附有“帮助”，Windows 下一般使用 `command /?` 或者 `command -?` 获取，Unix-like（例如 Linux) 上一般使用 `command --help` 获取（但是 BSD 下的“帮助”往往过分简略而难以使用）。

此外，在 Unix-like 系统上，还有可通过 `man command` 获取的“手册”(manual)，相比“帮助”一般更为详细。

### built-in time 和 GNU time

测试程序运行时间时，我们通常可以使用 `time` 命令。

但是这个命令实际上在系统中有两个对应的命令：一个是部分 Shell（例如 Bash）内建的命令，一个是 GNU time（是一个单独的软件）。这两个之间存在一些差异。

一般在 Bash 中直接使用 `time` 调用的是 Bash 内建的版本，我们可以使用 `TIMEFORMAT` 环境变量控制其输出格式，例如将其设为 `%3lR` 即可输出三位精度的实际运行时间， `%3lU` 即可输出三位精度的用户空间运行时间。[^bash-time-format]

如果想要调用 GNU 版本的 time，则需使用 `\time` 或者 `/usr/bin/time` 调用，但是它的输出格式并不易读，我们可以附加 `-p` 参数（即为 `\time -p` ）来获得易读的输出。

## 参考资料与注释

[^1]: 刘汝佳《算法竞赛入门经典（第 2 版）》附录 A 开发环境与方法

[^have-to-link-libm-in-gcc]:	[Why do you have to link the math library in C?](https://stackoverflow.com/questions/1033898/why-do-you-have-to-link-the-math-library-in-c)

[^autocomplete]:	[Comparison_of_command_shells#Interactive_features](https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_command_shells#Interactive_features)

[^bash-time-format]:	<https://unix.stackexchange.com/a/70655>

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