构建C语言开发环境

有些C/C++项目开发周期极长。在处理此类项目过程中，构建开发环境就像施展魔法一样：测试框架被巧妙集成在一起，CI/CD流程将开发者从繁琐重复的工作中解脱出来。

作为程序员，在开发过程中，我只有一个简单的愿望：在当前的开发环境中将C库简化为少数几个文件。

在本文中，我们将介绍如何为C语言项目构建容器化开发环境，也将介绍如何使用CMake设置构建系统、使用Unity设置测试环境以及如何在CI流水线中构建容器化环境。

一、现代化开发环境

接下来，我们将展示如何为C项目构建完整的、容器化的开发环境：

• 创建Docker镜像作为vscode的开发容器；
• 基于最小化的Dummy库，在容器中设置构建库的工具；
• 设置静态代码分析器clang-tidy检查代码是否有常见错误；
• clang-format维持代码库的格式保持正常和整洁；
• 设置Unity，通过在主机上执行Ceedling测试虚拟函数；
• 最后，我们将设置Github工作流，使用本地Docker镜像执行、构建和测试项目。

在本文中，我将使用Docker命令行接口。如果你不明白为什么需要某些参数，建议参考在线文档。你也可以直接打开GitHub上的示例项目。

二、在Docker中运行程序 

有时，使用嵌入式系统或C/C++需要安装大量专用工具或编译器。如果你正在同时处理不同的项目，版本之间很容易发生冲突。因此，我更倾向于在Docker容器中运行所有程序。

你可以使用Dockerfiles，这能避免在本地安装工具，任何人都能通过预构建镜像或本地镜像加入项目。

1.为什么是Docker?存在哪些陷阱？

如果你是Docker新手，需注意以下几点：

• Dockerfiles不稳定：昨天构建出的Dockerfile今天就可能无法使用，存在太多的外部依赖关系；
• Docker不是平台独立型的，例如Apple ARM；
• 某些Docker特性仅在linux或专用windows中获得了支持；例如，并非所有平台都支持将USB设备安装到Docker容器之中，这是自2016年以来的限制。

鉴于此，建议你不要将“赌注”都“押”在同一项技术上，并且你需要随时做好切换的准备。

2.让我们这样做 

让我们从零开始，构建空存储库：

确保安装Dockor并顺利运行，在项目的根目录中创建如下内容：builder.Dockerfile

这个Dockerifle指定了基本镜像并安装了一些包，便于在后续步骤中使用。我不会详细介绍每一个软件包：在创建镜像时，你很快就能注意到缺少了什么，可以扩展软件包列表，重要的是以下几点：

• 对于基本图像，我强烈建议使用特定标签。apt包在基本镜像之间变化很大，选择标记可以为你节省更多时间；
• 我倾向于在镜像开发过程中使用特定平台 ，这一点对后续开发步骤的顺利进行很重要。

如果不使用vscode，也可以指定不同的镜像。在本文中，我们将使用vscode，也将坚持使用Dev容器所支持的镜像。

镜像是用如下的命令构建出来的，执行起来可能需要一点时间：

3.详细命令行调用的快捷方式 

Docker命令非常冗长，因此，我通常将常用命令放在makefile项目根目录中。假设安装make后可进行如下操作：

现在，执行如下操作重建镜像：

让我们从图像中旋转容器并进行测试：

当使用apt时，已安装的工具版本取决于基础镜像，也取决于包注册表。如果需要安装特定的版本，可以通过执行自定义的RUN命令。

三、Visual Studio代码开发容器 

没有在本地安装所有工具的缺点是：你选择的IDE无法利用这些工具，例如，当使用vscode时，如果没有安装编译器，你将无法正确设置智能提示或任何其它的辅助程序。

vscode允许你在开发容器中运行编辑器。这也是我们选择将mcr.microsoft.com/vscode/devcontAIners/base当作基础图像的原因：我们可以在容器中链接到vscode，因此所有工具都将被安装在Docker镜像中。

值得注意的是，vscode实例与本地vscode安装不匹配，与远程实例非常相似。

通过创建.devcontainer/devcontainer.json文件，我们可以让vscode使用新构建的图像作为开发容器，还可以在vscode实例中安装3个扩展，通过使用 customizations.extensions字段中的devcontainer.json配置文件：

如果你从现在开始重新加载窗口或重新打开vscode，vscode应该会询问你是否需要使用检测到的开发容器。

需要一段时间为vscode设置你的容器、安装扩展，并用vscode连接到Linux容器。

四、系统架构 

我们将使用CMake构建单独的.c和.h对。

CMakeLists.txt简单定义了名为“Dummy”的库，并将相应的文件添加到库中。

重要的是：这已在开发容器和vscode中被构建出来了!在你的远程实例中打开集成终端并执行CMake，如下所示：

五、安装clang工具：格式化和静态代码分析

C和C++的灵活性也伴随着大量“footguns”的出现；因此，我尝试在项目中添加至少一个最小的静态代码分析任务，这有助于发现最明显的错误。市面上有很多工具，但到目前为止，我个人更偏爱clang-tidy。

另外，在代码库上进行协作时，格式化器极好；当我们在安装clang-tidy时，不妨继续安装clang-format。

你需要将两个配置文件clang-format和.clang-tidy放置到项目根目录中，以便任何IDE都能自动拾取它们：

六、添加单元测试框架

我们已经能够构建并分析库，还提供了格式化功能。在开发环境中，我们还需要一个单元测试框架。

在本文中，我选择了Unity测试框架，通过Ceedling在主机上执行。顺便说一句，使用这个框架便于嵌入式系统在目标硬件上执行任务。

1.安装Unity和Ceedling 

在构建者镜像的第一步中，我们已经安装了ruby，所以，安装单元测试工具变得更加简单：

重建镜像后，我们就可以开始了!

2.配置Unity和运行单元测试 

简而言之，你需要在一个专门的unity_config.h文件中将配置开关设置为Unity并配置Ceedling与project.yml. Ceedling，为你生成所有的测试运行程序。

你需要做的就是添加你的测试文件，然后“告诉”Ceedling如何检测它们：

然后，我们可以创建第一个单元测试tests/unittest/test/test_dummy.c：

七、结论

到这里，所有的工作就都完成了，包括库的构建等，报告也可以使用了。神奇的是，所有这些操作都不会使计算机因工具而“堵塞”。

最后，值得一提的是：有了Docker桌面，你不仅可以轻松检查图像漏洞，还能检查Dockerfile中的每一步：

现在，你已具备在GitHub上用CI设置容器化C/C++项目的所有技能。有了这项技能，你能轻松地在文档中添加特定编译器或清理设置CI时出现的所有错误。