1. 计算机系统漫游

Alex Sun2023年3月27日大约 6 分钟

第一章：计算机系统漫游。

程序的生命周期（从代码到执行）：

编写一个最简单的 C 程序：

#include <stdio.h>

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

保存为 hello.c 文件，然后执行命令：

gcc -o hello hello.c

生成了一个可执行程序 hello （Linux 下），如果要执行，只需要在 shell 中输入，然后回车即可：

./hello

控制台就会输出：

hello, world

1.1 信息就是位 + 上下文

系统中所有的信息——包括磁盘文件、内存中程序、内存中存放的用户数据以及网络上传输的数据，都是由一串比特表示的，区分不同数据对象的唯一方法是我们读到这些数据对象是的上下文。

hello 程序的生命周期是从一个源文件开始的，即程序员通过编辑器创建并保存的文本文件，文件名是 hello.c。源程序实际上就是一个由值 0 和 1 组成的位（又称为比特）序列，8 个位被组织成一组，称为字节，每个字节表示程序中的某些文本字符。

大部分的现代计算机系统都使用 ASCII 标准来表示文本字符，这种方式实际上就是用一个唯一的单字节大小的整数值来表示每个字符。像 hello.c 这样只由 ASCII 字符构成的文件称为文本文件。

概念：

C 编程语言的起源：

这个 其他程序 指的是 编译器，编译器能将代码编译为可执行程序。从源代码到程序的过程通常称为编译。

要在系统上运行 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。

执行下面命令编译 hello.c：

gcc -o hello hello.c

然而编译过程十分复杂，包括下面的程序参与：

等程序的参与，所以程序的编译包括 4 个阶段：

执行这四个阶段的程序（预处理器、编译器、汇编器和链接器）一起构成了编译系统。

可以参考编译原理，hello.s 的大体内容如下方所示（Linux，x64）：

; AT&T Assembly
main:
  subq $8, %rsp
  movl $.LCO, %edi
  call puts
  movl $0, %eax
  addq $8, %rsp
  ret

优化程序性能。为了在 C 程序中做出好的编码选择，我们确实需要了解一些机器代码以及编译器将不同 C 语句转化为机器代码的方式。例如，一个 switch 语句是否总比一系列 if-then-else 语句高效得多？一个函数调用的开销有多大？while 循环比 for 循环更有效吗？指针引用比数组索引更有效吗？
理解链接时出现的错误。一些令人困扰的程序错误往往都与链接器操作有关。
避免安全漏洞。缓冲区溢出是造成大多数网络和 Internet 服务器上安全漏洞的主要原因。通过更好地理解编译系统，可以降低这些错误的出现。