1-1. 计算机系统漫游

The Lifetim of Hello Program

这一章主要是通过介绍 helloworld 这个程序的生命周期，对计算机系统的主要概念做了一个概述。

hello 程序的生命周期是从一个高级 C 语言程序开始的，因为这种形式能够被人读懂。然而，为了在系统上运行 hello.c 程序，每条 C 语句都必须被其他程序转化为一系列的低级机器语言指令。然后这些指令按照一种称为可执行目标程序的格式打好包，并以二进制磁盘文件的形式存放起来。目标程序也称为可执行目标文件。

The Hello Program

首先，我们看一下这个 hello 程序，非常简单的一个打印输出的程序，源代码编写完成之后，保存得到一个后缀名为 .c 的文件 -- hello.c。

#include <stdio.h>

int main()
{
  printf("hello,world\n");
  return 0;
}

The Compilation System

在 Unix 系统上，从源文件到目标文件的转化是由编译器驱动程序完成的∶

linux> gcc -o hello hello.c

敲下回车键，刚才我们编写的 hello.c 经过编译系统（gcc）之后，就会生成一个可执行程序 -- hello。这个过程虽然是通过一条命令来完成的，然而实际上编译系统的处理过程确实非常复杂的。

大致可样分为四个阶段，分别为预处理、编译、汇编以及链接，像下图：

• 预处理阶段： 预处理器（cpp）根据以字符 # 开头的命令，修改原始的 C 程序。比如 hello.c 中第 1 行的#include <stdio.h>命令告诉预处理器读取系统头文件 stdio.h 的内容，并把它直接插入程序文本中。结果就得到了另一个 C 程序，通常是以 .i 作为文件扩展名。
• 编译阶段： 这一阶段包括词法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成以及优化等等一些列的中间操作。编译器（cc1）将文本文件 hello.i 翻译成文本文件 hello.s，它包含一个汇编语言程序。该程序包含函数 main 的定义，如下所示∶

  main:
    subq $8, %rsp
    movl $.LC0, %edi
    call puts
    movl $0, %eax
    addq $8, %rsp
    ret
  

• 汇编阶段： 接下来，汇编器（as）根据指令集将汇编程序 hello.s 翻译成机器指令，并且把这一系列的机器指令按照固定的规则进行打包，得到可重定位目标文件 -- hello.o。hello.o 文件是一个二进制文件。
• 链接阶段： 请注意，hello 程序调用了 printf 函数，它是每个 C 编译器都提供的标准 C 库中的一个函数。printf 函数存在于一个名为 printf.o 的单独的预编译好了的目标文件中，而这个文件必须以某种方式合并到我们的 hello.o 程序中。链接器（ld）就负责处理这种合并。结果就得到 hello 文件，它是一个可执行目标文件（或者简称为可执行文件），可以被加载到内存中，由系统执行。

接下来我们来思考一下，在集成开发环境中（VScode）点一下按钮不香吗？为什么要去抠这个过程呢？接下来我们看一下，为什么要理解编译系统是如何工作的？

• 第一：理解编译系统可以优化程序的性能。
• 第二：理解编译系统可以帮助我们理解链接过程中出现的错误。
• 第三：避免安全漏洞。

reference

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