学习图像处理，从C++编程开始

     最近学习遇到瓶颈，主要是编程水平和专业知识跟不上，发现学习图像处理、模式识别，一开始真不能死钻在一个点上不放，还是要尽可能拓展知识面，包括扎实的数学基础，数学分析，概率论，线性代数，常微分方程，运筹学，控制论，复变函数与积分变换这些学科还是得好好学一下，泛函分析，时间序列，小波分析，抽象代数，分形理论也得有一定了解，对基本的数值分析方法和现代优化算法需要熟练掌握，还有常用的机器学习算法。。。顿时又倍感鸭梨>_<

    不过看了一堆最近的招聘信息，最基本的还是要先把编程搞搞好，尤其是C++，同时每天坚持学习理论知识。于是今天开始又翻开C++ primer，发现学编程语言就是个死循环，不管这个函数体有多长。

    先从编译器开始学起，在网上找到一个介绍GCC不错的文章，和大家share一下，也督促自己每天坚持学习，坚持写博客！

    原文来自http://pinseng.blog.sohu.com/36877994.html

DSP（digital singnal
processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器具，其主机应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：


（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；
（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；

（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；
（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；

（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；
（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；
（7）可以并行执行多个操作；

（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

当然，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。

GNU 工程 开始于一九八四年，旨在发展一个类似 Unix ，且为自由软件的完整操作系统.


详细介绍:
GNU计划，是由Richard
Stallman在1983年9月27日公开发起的。它的目标是创建一套完全自由的操作系统。Richard
Stallman最早是在net.unix-wizards新闻组上公布该消息，并附带一份《GNU宣言》等解释为何发起该计划的文章，其中一个理由就是要“重现当年软件界合作互助的团结精神”。


GNU工程已经开发了一个被称为“GNU”（GNU 是由“GNU's Not
Unix”所递回定义出的首字母缩写语；它的发音为“guh-NEW”）的、对Unix向上兼容的完整的自由软件系统(free software
system)。由Richard
Stallman完成的最初的GNU工程的文档被称为‘GNU宣言’，该宣言已经被翻译成多种其它语言。我们还有创作与1983年的GNU工程创始宣言。


在1983年构思GNU工程是为了提供一种找回在计算机界早期的盛行的合作精神的方式--为了使合作成为可能而排除有私有软件所有者给合作造成的障碍。


在1971年，当Richard
Stallman开始他在MIT的职业生涯时，他工作于一个专门使用自由软件的工作组。即使计算机公司也经常发布自由软件。程序员可以自由地相互合作，就象他们通常所作的那样。


到了80年代，几乎所有的软件都是私有的，这意味着它有一个不允许并且预防用户合作的拥有者。这就使得GNU工程成为必要的了。


每个计算机的使用者都需要一个操作系统；如果没有自由的操作系统，那么如果你不求助于私有软件，你甚至不能开始使用一台计算机。所以自由软件议事日程的第一项就是自由的操作系统。


一个操作系统不仅仅是一个内核；它还包括编译器、编辑器、文本排版程序，电子邮件软件，和许多其他东西。因此，创作一个完整的操作系统是一项十分庞大的工作。它将耗费太多的年头。


由于Unix的全局设计已经得到认证并且广泛流传，我们决定使操作系统与Unix兼容。同时这种兼容性使Unix的使用者可以容易地转移到GNU上来。


自由的，类似于Unix的内核的初始目标已经达到了。到90年代，我们已经发现或者完成了除了内核之外的所有主要成分。而Linux，一个自由的内核，由Linus
Torvalds开发了。把Linux和几乎完成的GNU
系统结合起来，就构成了一个完整的操作系统：一个基于Linux的GNU系统。估计目前大约有十万人在使用基于Linux的GNU系统，包括Slackware、Debian、Red
Hat以及其它。


然而，GNU工程并不限于操作系统。我们的目标是提供所有类型的软件，无论有多少用户需要它。这包括了应用软件。我们已经有了电子表格。我们希望在未来把GNU
Emacs扩展为所见即所得的桌面出版系统。

我们还想为不是计算机专家的用户提供软件。为此我们正在创作‘拖放图标桌面’以帮助初学者使用
GNU系统。

我们还希望提供游戏和其它娱乐。已经由一些游戏可以使用了。


自由软件可以走多远？这没有限制，除非诸如版权法之类的法律完全地禁止自由软件。最终的目的是，让自由软件完成计算机用户希望完成的所有工作--从而导致自由软件的过时。

GCC

Linux系统下的Gcc（GNU C
Compiler）是GNU推出的功能强大、性能优越的多平台编译器，是GNU的代表作品之一。gcc是可以在多种硬体平台上编译出可执行程序的超级编译器，其执行效率与一般的编译器相比平均效率要高20%~30%。

Gcc编译器能将C、C++语言源程序、汇程式化序和目标程序编译、连接成可执行文件，如果没有给出可执行文件的名字，gcc将生成一个名为a.out的文件。在Linux系统中，可执行文件没有统一的后缀，系统从文件的属性来区分可执行文件和不可执行文件。而gcc则通过后缀来区别输入文件的类别，下面我们来介绍gcc所遵循的部分约定规则。

.c为后缀的文件，C语言源代码文件；
.a为后缀的文件，是由目标文件构成的档案库文件；
.C，.cc或.cxx
为后缀的文件，是C++源代码文件；
.h为后缀的文件，是程序所包含的头文件；
.i 为后缀的文件，是已经预处理过的C源代码文件；

.ii为后缀的文件，是已经预处理过的C++源代码文件；
.m为后缀的文件，是Objective-C源代码文件；

.o为后缀的文件，是编译后的目标文件；
.s为后缀的文件，是汇编语言源代码文件；
.S为后缀的文件，是经过预编译的汇编语言源代码文件。

Gcc的执行过程

虽然我们称Gcc是C语言的编译器，但使用gcc由C语言源代码文件生成可执行文件的过程不仅仅是编译的过程，而是要经历四个相互关联的步骤∶预处理(也称预编译，Preprocessing)、编译(Compilation)、汇编(Assembly)和连接(Linking)。

命令gcc首先调用cpp进行预处理，在预处理过程中，对源代码文件中的文件包含(include)、预编译语句(如宏定义define等)进行分析。接着调用cc1进行编译，这个阶段根据输入文件生成以.o为后缀的目标文件。汇编过程是针对汇编语言的步骤，调用as进行工作，一般来讲，.S为后缀的汇编语言源代码文件和汇编、.s为后缀的汇编语言文件经过预编译和汇编之后都生成以.o为后缀的目标文件。当所有的目标文件都生成之后，gcc就调用ld来完成最后的关键性工作，这个阶段就是连接。在连接阶段，所有的目标文件被安排在可执行程序中的恰当的位置，同时，该程序所调用到的库函数也从各自所在的档案库中连到合适的地方。


Gcc的基本用法和选项

在使用Gcc编译器的时候，我们必须给出一系列必要的调用参数和文件名称。Gcc编译器的调用参数大约有100多个，其中多数参数我们可能根本就用不到，这里只介绍其中最基本、最常用的参数。

Gcc最基本的用法是∶gcc [options] [filenames]

其中options就是编译器所需要的参数，filenames给出相关的文件名称。

-c，只编译，不连接成为可执行文件，编译器只是由输入的.c等源代码文件生成.o为后缀的目标文件，通常用于编译不包含主程序的子程序文件。
-o
output_filename，确定输出文件的名称为output_filename，同时这个名称不能和源文件同名。如果不给出这个选项，gcc就给出预设的可执行文件a.out。

-g，产生符号调试工具(GNU的gdb)所必要的符号资讯，要想对源代码进行调试，我们就必须加入这个选项。

-O，对程序进行优化编译、连接，采用这个选项，整个源代码会在编译、连接过程中进行优化处理，这样产生的可执行文件的执行效率可以提高，但是，编译、连接的速度就相应地要慢一些。

-O2，比-O更好的优化编译、连接，当然整个编译、连接过程会更慢。

-Idirname，将dirname所指出的目录加入到程序头文件目录列表中，是在预编译过程中使用的参数。C程序中的头文件包含两种情况∶

A)#include
B)#include “myinc.h”
其中，A类使用尖括号(< >)，B类使用双引号(“
”)。对于A类，预处理程序cpp在系统预设包含文件目录(如/usr/include)中搜寻相应的文件，而对于B类，cpp在当前目录中搜寻头文件，这个选项的作用是告诉cpp，如果在当前目录中没有找到需要的文件，就到指定的dirname目录中去寻找。在程序设计中，如果我们需要的这种包含文件分别分布在不同的目录中，就需要逐个使用-I选项给出搜索路径。

-Ldirname，将dirname所指出的目录加入到程序函数档案库文件的目录列表中，是在连接过程中使用的参数。在预设状态下，连接程序ld在系统的预设路径中(如/usr/lib)寻找所需要的档案库文件，这个选项告诉连接程序，首先到-L指定的目录中去寻找，然后到系统预设路径中寻找，如果函数库存放在多个目录下，就需要依次使用这个选项，给出相应的存放目录。

-lname，在连接时，装载名字为“libname.a”的函数库，该函数库位于系统预设的目录或者由-L选项确定的目录下。例如，-lm表示连接名为“libm.a”的数学函数库。

上面我们简要介绍了gcc编译器最常用的功能和主要参数选项，更为详尽的资料可以参看Linux系统的联机帮助。

假定我们有一个程序名为test.c的C语言源代码文件，要生成一个可执行文件，最简单的办法就是∶
gcc test.c

这时，预编译、编译连接一次完成，生成一个系统预设的名为a.out的可执行文件，对于稍为复杂的情况，比如有多个源代码文件、需要连接档案库或者有其他比较特别的要求，就要给定适当的调用选项参数。再看一个简单的例子。

整个源代码程序由两个文件testmain.c
和testsub.c组成，程序中使用了系统提供的数学库，同时希望给出的可执行文件为test，这时的编译命令可以是∶
gcc testmain.c
testsub.c lm o test
其中，-lm表示连接系统的数学库libm.a。

Gcc的错误类型及对策

Gcc编译器如果发现源程序中有错误，就无法继续进行，也无法生成最终的可执行文件。为了便于修改，gcc给出错误资讯，我们必须对这些错误资讯逐个进行分析、处理，并修改相应的语言，才能保证源代码的正确编译连接。gcc给出的错误资讯一般可以分为四大类，下面我们分别讨论其产生的原因和对策。


第一类∶C语法错误
错误资讯∶文件source.c中第n行有语法错误(syntex
errror)。这种类型的错误，一般都是C语言的语法错误，应该仔细检查源代码文件中第n行及该行之前的程序，有时也需要对该文件所包含的头文件进行检查。有些情况下，一个很简单的语法错误，gcc会给出一大堆错误，我们最主要的是要保持清醒的头脑，不要被其吓倒，必要的时候再参考一下C语言的基本教材。

第二类∶头文件错误
错误资讯∶找不到头文件head.h(Can not find include file
head.h)。这类错误是源代码文件中的包含头文件有问题，可能的原因有头文件名错误、指定的头文件所在目录名错误等，也可能是错误地使用了双引号和尖括号。


第三类∶档案库错误
错误资讯∶连接程序找不到所需的函数库，例如∶
ld: -lm: No such file or
directory

这类错误是与目标文件相连接的函数库有错误，可能的原因是函数库名错误、指定的函数库所在目录名称错误等，检查的方法是使用find命令在可能的目录中寻找相应的函数库名，确定档案库及目录的名称并修改程序中及编译选项中的名称。

第四类∶未定义符号
错误资讯∶有未定义的符号(Undefined
symbol)。这类错误是在连接过程中出现的，可能有两种原因∶一是使用者自己定义的函数或者全局变量所在源代码文件，没有被编译、连接，或者干脆还没有定义，这需要使用者根据实际情况修改源程序，给出全局变量或者函数的定义体；二是未定义的符号是一个标准的库函数，在源程序中使用了该库函数，而连接过程中还没有给定相应的函数库的名称，或者是该档案库的目录名称有问题，这时需要使用档案库维护命令ar检查我们需要的库函数到底位于哪一个函数库中，确定之后，修改gcc连接选项中的-l和-L项。

排除编译、连接过程中的错误，应该说这只是程序设计中最简单、最基本的一个步骤，可以说只是开了个头。这个过程中的错误，只是我们在使用C语言描述一个算法中所产生的错误，是比较容易排除的。我们写一个程序，到编译、连接通过为止，应该说刚刚开始，程序在运行过程中所出现的问题，是算法设计有问题，说得更玄点是对问题的认识和理解不够，还需要更加深入地测试、调试和修改。一个程序，稍为复杂的程序，往往要经过多次的编译、连接和测试、修改。下面我们学习的程序维护、调试工具和版本维护就是在程序调试、测试过程中使用的，用来解决调测阶段所出现的问题。