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Ubuntu 16.04 下一键配置编程开发环境

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全文概要

本文详细介绍了 Ubuntu 16.04 系统安装之后的开发环境搭建过程，包括Shell(zsh/fish)、Git、Vim等必备工具，C/C++、Java与Python等编程语言SDK的安装与配置方法。

安装方式

Ubuntu系统中，安装软件通常有如下三种方式：apt-get、dpkg、源码编译安装。

apt-get

Ubuntu 软件源本质上是一个软件仓库，我们可以通过以下命令来从仓库中下载并安装软件：

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$ sudo apt-get install 软件包名

上面命令中提到的 apt-get 是 Ubuntu 系统中的一个包管理工具，通过该方式安装新软件的优缺点小结如下：

优点：官方源或PPA下载安装的软件版本经过多次测试验证，与本系统兼容性最好，且安装方便，一条命令就能搞定；
缺点：由于加入官方仓库的审核测试流程复杂而漫长，导致仓库中的软件版本通常都不是最新的，甚至落后好几个版本，无法使用其最新特性，在安装配置有特殊软件版本依赖的软件时，可能会出现版本不够的问题。

apt-get 安装文件的一些默认路径：

/var/cache/apt/archives：下载的软件存放位置；
/usr/share：安装后软件默认位置；
/usr/bin：可执行文件位置；
/usr/lib：库文件位置；
/etc：配置文件位置。

现在你知道为啥 apt-get install 前面总要加 sudo 了 —— 安装过程会要求足够的权限以访问上述路径。

apt-get 其它几个常用命令如下：

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# 卸载软件
# ① 只卸载软件，不删除配置文件等软件相关文件：
$ sudo apt-get remove 软件包名
# ② 完全卸载软件及包括配置文件在内的所有相关文件：
$ sudo apt-get purge 软件包名
# 或
$ sudo apt-get remove 软件包名 --purge
# ③ 卸载软件并卸载相关依赖：
$ sudo apt-get autoremove 软件包名
# 升级已安装软件
$ sudo apt-get upgrade 软件包名

apt-get是从软件仓库中获取并安装软件源的工具，前文提到过，Ubuntu会从以下两处加载配置：

/etc/apt/source.list
/etc/apt/source.list.d

前者是官方软件仓库源列表，包含绝大多数Ubuntu系统软件，默认是采用的官方中国镜像源，教育网推荐清华镜像源。此前，Ubuntu 还没有位于国内的镜像源，从 Ubuntu 官方源下载软件比较慢，所以通常需要更换软件源来加快下载速度。互联网上有很多开源镜像站点，具体见此处。选择源列表的时候，可以先使用 ping 命令测试一下网络速度，选择最快的源。

后者是一个目录，存放的是记录各PPA源镜像地址的配置文件，执行以下命令可以修改PPA源：

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# 新增PPA源
$ sudo add-apt-repository ppa:用户名/软件包名
# 删除PPA源
$ sudo add-apt-repository -r ppa:用户名/软件包名

PPA软件源即 Personal Package Archives (个人软件包档案)。有些软件没有被选入 UBuntu 官方软件仓库，但为了方便Ubuntu用户使用，Launchpad 提供了PPA，允许用户建立自己的软件仓库，自由的上传软件。PPA也被用来对一些打算进入Ubuntu官方仓库的软件，或者某些软件的新版本进行测试。

Launchpad 是 Ubuntu 母公司 Canonical 有限公司所架设的网站，是一个提供维护、支援或联络 Ubuntu 开发者的平台。

无论是修改了官方源还是PPA源，都需要执行以下命令以更新软件源列表，使修改生效：

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$ sudo apt-get update

dpkg

deb 是 debian 软件包安装格式，跟 red hat 的 rpm 非常相似，通常可以到软件产品的提供商的官方网站上找到 deb 安装包，最基本的安装命令是：

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$ dpkg -i 软件包名.deb

此时若报缺乏特定依赖的错误，可以使用如下命令一键安装依赖：

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$ sudo apt-get -f install

dpkg 是 Debian Package 的简写，是为 Debian 专门开发的套件管理系统，方便软件的安装、更新及移除。所有源自 Debian 的 Linux 发行版都使用 dpkg，例如 Ubuntu、Knoppix 等等。

通过该方式安装新软件的优缺点小结如下：

优点：在官方下载的指定系统的安装包后，版本最新，安装方便，一条命令就能搞定；
缺点：经常会因缺乏依赖导致安装出错，但好在也只需一条命令即可安装全部所需依赖。

Ubuntu 中所有 packages 的信息都在 /var/lib/dpkg/目录下，其中子目录 /var/lib/dpkg/info 用于保存各个软件包的配置文件列表.不同后缀名代表不同类型的文件，如:

.conffiles：记录软件包的配置文件列表
.list：保存软件包中的文件列表，用户可以从.list的信息中找到软件包中文件的具体安装位置
.md5sums：记录软件包的md5信息，用于包验证
.prerm：脚本在Debian升级包之前运行，主要作用是停止作用于即将升级的软件包的服务,直到软件包安装或升级完成
.postinst：脚本完成Debian包解开之后的配置工作，通常用于执行所安装软件包的相关命令和服务的重新启动
/var/lib/dpkg/available：文件的内容是软件包的描述信息，该软件包括当前系统所使用的Debian安装源中的所有软件包,其中包括当前系统中已安装的和未安装的软件包

以下是一些 dpkg 的常见用法：

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$ dpkg -i 软件包名.deb # 安装一个 Debian 软件包，如你手动下载的文件
$ dpkg -r 软件包名 # 移除一个已安装的包
$ dpkg -c 软件包名.deb # 列出 package.deb 的内容
$ dpkg -I 软件包名.deb # 从 package.deb 中提取包信息
$ dpkg -P 软件包名 # 完全清除一个已安装的包，remove 仅删除数据和可执行文件，purge 另还删除所有相关的配置文件
$ dpkg -L 软件包名 # 列出包安装的所有文件清单
$ dpkg -s 软件包名 # 显示已安装的包的信息
$ dpkg-reconfigure 软件包名 # 重新配置一个已经安装的包
$ dpkg -S 软件包名 # 查看软件在哪个包里

源码编译

源码来源：

官方源码压缩包
从GitHub等软件仓库中拉取

通过此方式安装软件的优缺点小结如下：

优点：版本无疑最新，甚至还可以安装尚未正式释出的测试版，另还可灵活指定安装路径；
缺点：编译、配置步骤较为繁琐，经常需要查看错误日志定位问题。

编译安装的文件一般安装在/usr/local/filename
具体命令如下：

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$ cd 源码文件夹
$ ./autogen.sh # 生成configure脚本
$ ./configure --prefix=/usr/local/软件名
$ make -j4 # 多(四)线程编译
$ sudo make install # 安装

关于此步骤，我在之前一篇博文中有写到：

以上命令会将此软件相关的文件都会”安装“到同一个文件夹/usr/local/软件名下去，这样做的一个显而易见的好处是：如果之后想要删除该文件，或安装更新版本时要求彻底卸载旧版本，只需删除此文件夹即可实现完全删除，再也不用担心由于卸载不干净导致影响新版本安装配置失败的问题。
然而这样做在方便软件管理的同时也带来了一个额外的操作：每次安装新命令时，需要配置PATH环境变量，将该命令的安装文件夹下的bin文件夹的绝对路径添加到原有PATH变量后方才能使用新安装软件命令：

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$ vim ~/.zshrc # 本人习惯将环境变量定义在此配置文件中 
# 末尾增加一行 export PATH=$PATH:/usr/local/软件名/bin
$ source ~/.zshrc # 令新修改的配置文件生效

作为开发人员，大多时候还是更倾向于编译安装，后文中我会根据软件实际选择最合适的安装方式，让我们开始吧～

必备工具

Git

最方便的方式，当然是 Apt 安装：

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$ sudo apt-get install git

缺点之前也说了，版本太老，截至到本文完成，在 Ubuntu 16.04 系统上通过该方式安装的 Git 版本才 2.7.4，而官方已经释出的版本到了 2.16.1，不多说，源码安装步骤如下：

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$ wget https://www.kernel.org/pub/software/scm/git/git-2.16.1.tar.gz # 拉取官方源码包
$ tar zxvf git-2.16.1.tar.gz
$ cd git-2.16.1
$ ./configure --prefix=/usr/local/git # 配置Git安装路径
$ make -j4 # 4线程编译
$ sudo make install #　安装Git到/usr/local/git中
$ git --version # 查看已安装版本

Zsh

参见这篇

Vim

参见这篇

编程语言

C/C++

在Ubuntu下搭建C/C++编程环境，综合起来就是：Vim + GCC + GDB，其中 Vim 用于文本编辑，GCC 用于程序编译，GDB 用于代码调试。

其实刚装好的系统中已经有 GCC 了，但是这个 GCC 还无法编译文件，所以要安装 build-essential，作用是提供编译程序必须软件包的列表信息，也就是说编译程序有了这个软件包它才知道头文件在哪、库函数在哪，还会下载依赖的软件包，最后才组成一个开发环境。

安装编程环境，在终端中执行：

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$ sudo apt-get install build-essential

GCC

GCC (GNU Compiler Collection)是一组编译工具的总称，支持多平台、多语言源文件到可执行文件的编译与生成。其中也包括 gcc(C编译器) 和 g++(C++编译器)。

在 GCC 内部寻找帮助，使用 gcc –help，如果想看 gcc 选项的完整列表使用 gcc -v –help 2>&1 | more。

GCC 基本语法格式如下：

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# 对于.c文件
$ gcc [options] [filenames]
# 对于.cpp或.cc
$ g++ [options] [filenames]

命令选项参数及说明如下表：

Option Description
-c 只对文件进行编译和汇编，但不进行连接，生成目标文件”.o”
-S 只对文件进行编译，但不汇编和连接
-E 只对文件进行预处理，但不编译汇编和连接
-g 在可执行程序中包含标准调试信息
-o file1 [file2] 将文件file1编译成可执行文件file2
-v 打印出编译器内部编译各过程的命令行信息和编译器的版本
-I dir 在头文件的搜索路径列表中添加dir目录
-L dir 在库文件的搜索路径列表中添加dir目录
-static 强制链接静态库
-lNAME 连接名为libNAME的库文件
-Wall -W 开启GCC最常用的警告，GCC的warning一般格式为:file:line-number:message
-pedantic 要求严格符合ANSI标准
-Wconversion 开启隐式类型转换警告
-Wshadow 开启同名变量函数警告
-Wcast-qual 开启对特性移除的cast的警告，如const
-o(-o1) 对编译出的代码进行优化
-o2 进行比-o高一级的优化
-o3 产生更高级别的优化
-os 产生最小的可执行文件
-pg 开启性能测试，记录每个函数的调用次数与时长
-ftest-coverage 记录每一行被执行的次数
-fprofile-arcs 记录每个分支语句执行的频率

GDB

GDB 是一个用来调试 C/C++ 程序的功能强大的调试器，能在程序运行时观察程序的内部结构和内存使用情况,它主要提供以下功能：

  • 监视程序中变量的值的变化
  • 设置断点，使程序在指定的代码行上暂停执行，便于观察
  • 单步执行代码
  • 分析崩溃程序产生的core文件

通过在 GDB 下输入 help 或在命令行上输入 gdb h 查看关于 gdb 选项说明的简单列表。键入 help 后跟命令的分类名。可以获得该类命令的详细清单。搜索和 word 相关的命令可用 apropos word。

为使 GDB 能正常工作，必须在程序编译时包含调试信息。即 -g 选项。前文有讲解。

简单的调试步骤示例：

  1. 载入test可执行文件：gdb test –silent
  2. 运行：run/r
  3. 查看程序出错的地方：where
  4. 查看出错函数附近的代码：list/l
  5. 打开堆栈：backtrace/bt
  6. 单步调试：next/n或step
  7. 查看可疑表达式值：print var
  8. 在可疑行打断点：break linenum
  9. 重新运行会在断点处停止。用 set variable 修改变量值
  10. 继续运行：continue，看结果是否正确
  11. 退出gdb：quit

再放一张 GDB 命令示意图：
![image](https://raw.githubusercontent.com/sundongxu/blog-img-hosting/master/images/OS/Installation/Ubuntu/runtime/gdb-commands-list.png %}

Java

高级编程语言都会有自己专门的开发环境，即 Software Development Kit，简称 SDK，对于 Java 而言，最常用的就是 Oracle 公司提供的 JDK，全称是 Java SE Development Kit，现在官网最新版本是 jdk-8u161。

下载最新版本的 JDK 准备之后安装，如果系统预先安装好了 OpenJDK ，需要先将其卸载，否则可能出现冲突：

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$ sudo apt-get purge openjdk/openjdk*
$ sudo apt-get clean/autoclean

解压 JDK ，并移动到指定位置：

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$ tar zxvf jdk-8u161-linux-x64.tar.gz
$ sudo mv ./jdk1.8.0_161 /usr/local/java

配置环境变量：

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$ vim ~/.zshrc
# 将以下内容添加在文件末尾
# export Java_HOME=/usr/local/java/jdk1.8.0_161
# export JRE_HOME=$JAVA_HOME/jre
# export CLASSPATH=.:$CLASSPATH:$JAVA_HOME/lib:$JRE_HOME/lib
# export PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin:$JRE_HOME/bin
# 保存并退出 :wq
$ source ~/.zshrc # 使配置生效

验证安装版本：

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$ java -version  # 显示：java version "1.8.0_161"
$ javac -version # 显示：javac 1.8.0_161

Python

Ubuntu系统自带 Python 环境，Python 2 和 Python 3 都有，可以通过以下命令检查版本：

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$ python -V
$ python3 -V

官网截止到本文发表时的最新 Python 版本分别为 2.7.14 和 3.6.4，下载两个版本 .xz 的 Python 源码并进行编译安装，步骤类似，以 Python 2.7.14 为例：

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# Ubuntu中先要安装ssl相关依赖
$ sudo apt-get install python-dev libffi-dev libssl-dev
$ wget https://www.python.org/ftp/python/2.7.14/Python-2.7.14.tar.xz
$ xz -d Python-2.7.14.tar.xz
$ tar xvf Python-2.7.14.tar
$ cd Python-2.7.14
$ ./configure
$ make -j
$ sudo make install

执行 configure 脚本时可以通过 prefix 参数指定安装路径，默认会将可执行文件放至 /usr/local/bin 下。

pip

Python 语言的优势主要体现在其拥有功能强大的 库 ，或者说是 依赖模块，例如：Numpy 适用于科学计算领域，Pandas 则带来强大的矩阵计算能力，Matplotlib、Seaborn 提供了样式繁多的绘图模板使得 Python 成为数据可视化领域一个有力工具，HTTP方面也有 urllib3、requests 等，而 Flask 更是一个性能优秀、功能完备的网络框架。

为加快项目产品迭代进度，不去重复造轮子，Python 编程的过程中不可避免地需要使用诸多成熟库，对于这些依赖库的管理(安装、升级、卸载等)一般使用 pip 包管理器，基本全部的常用库的稳定版本都可以直接从 pip
的软件源中下载，常用命令如下：

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$ sudo -H pip install package_name # 安装
$ sudo -H pip upgrade package_name # 升级
$ sudo -H pip uninstall package_name # 卸载
$ sudo -H pip list # 列举已安装的包

源码安装的 Python 3 中会将最新版本的 pip 一并安装，通过 pip 安装的库会被安装至 /usr/local/lib/python3.6/site-packages。而 python 2 在编译安装时则不会安装 pip ，可通过以下方式安装：

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$ wget https://bootstrap.pypa.io/get-pip.py
$ python2 get-pip.py

和 Python 分为 python2 和 python3 一样，pip 同样分为 pip2 和 pip3 ，且分别为当前安装的 python2 和 python3 服务，即 pip2 安装的包只供 python2 环境导入使用的，pip3 安装的包只供 python3 环境导入使用。

博客框架

参见此篇

参考资料

[1]Ubuntu的使用-apt-get与dpkg
[2]Ubuntu软件源
[3]build-essential的作用
[4]在Ubuntu下搭建C/C++编程环境
[5]Ubuntu 16.04 安装 JDK
[6]在Ubuntu中安装Python的几种方法
[7]从源码安装 Python3.6.3 后lsb_release失效-Stack Overflow
[8]pip 缺少 TLS/SSL Module

我知道是不会有人点的，但万一有人想不开呢？！