記錄筆記，因為看了好久還沒看完…真的是，但是雖然后面的沒看完，但我前面的頁快忘完了呀，記錄一下吧還是。

一、 溫故而知新

• 從計算機組成原理之類的開始講，說明這部分還是蠻重要的，雖然也快忘完了。
• 講到操作系統，這個的確也與程序運行息息相關。
• 講到了一個線程安全與編譯器的問題，雖然放在這怪怪的，但是很有趣：

  • 雖然如我們一般所知，加鎖是可以在簡單情況下保證線程安全的，但是假如編譯器為了提高運行速度而優化，假如將一個變量先放在了寄存器中，然后暫時不寫回，過了一段時間才寫回內存，那么這個就會有問題了，即使正確加鎖也線程不安全了。

  • 上面這個問題，C/C++的volatile可以解決，他做兩件事：

  • 阻止編譯器為了提高速度將一個變量緩存到寄存器內而不寫回。
  • 阻止編譯器調整操作 volatile變量的指令順序。

  • 再有一種情況是：編譯器會優化語句執行的順序，那么就沒有太優雅的方式，通常情況下是調用CPU提供的一條指令，這條指令常常被稱為 barrier，barrier指今會阻止CPU將該指令之前的指令交換到barrier之后，反之亦然。

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二、 編譯和鏈接

• 從代碼到執行

  • 從hello.c到a.out，有這么幾個步驟：分別是預處理（ Prepressing），編譯（Compilation）匯編（Assembly）和鏈接（ Linking）。
  • 預編譯：主要處理代碼中以“#”開頭的預編譯指令。大概就是展開#include，展開#define宏定義，處理#if，#ifdef等條件預編譯，刪除所有注釋，添加行號和文件名標識。.c文件會被預編譯成.i文件。
  • 編譯：是把預處理的文件進行一系列的 詞法分析、語法分析、語義分析、優化操作，生成匯編代碼。是程序構建的核心部分。.i 文件會被便以為 .s 文件。
  • 匯編： 匯編器將匯編代碼轉變為機器可以認識的代碼，機器代碼，只用按照匯編指令和機器指令的對照表一一翻譯即可。輸出目標文件 ，即.o 文件。
  • 鏈接：輸出的目標文件運行時，仍然需要其他代碼的支持。比如你添加一個頭文件，為啥就能調用頭文件里的函數了呢？因為有鏈接器，讓你的程序能夠找到那些函數、變量等。同樣對于調用printf函數也需要鏈接。

• 編譯部分做了什么？

  • 詞法分析：源代碼輸入進來之后，要分詞，比如要把a=2; 分解為a, =, 2三部分，類型是標識符、值符號、數字。
  • 語法分析：對上面的記號進行分析，C語言的一個語句是一個表達式，復雜的語句則是多個表達式的結合，則需要把表達式分開，分解成語法樹的方式是利于計算機分析的。
    • 比如：
    • 根據符號的優先級等規則，會被分解為：
  • 語義分析：上面只是分析出了語句是什么樣的，并不知道是否合理，有意義。語義分析通常包括聲明和類型的匹配，類型轉換。
  • 目標代碼生成：編譯器把優化得來的中間代碼轉換為虎目標機器代碼，根據不同的機器，會有不同的類型程度等。

• 鏈接部分做什么？

  • 此處先看靜態鏈接。程序模塊化之后，不同模塊之間獨立編譯，鏈接這個步驟就是將各模塊之間組合起來。
  • 鏈接主要包括了：地址和空間分配、符號決議、重定位這些步驟。
  • 比如我們使用到foo.c中的一個函數foo()，我們main.c中調用時，必須要知道這個foo()函數的地址，編譯期間是不知道的，那么需要先擱置(置為0)，等最后鏈接的時候再去修正這些地址。
  • 修正地址的過程叫做重定位，每個地方叫重定位入口。

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三、目標文件

• 目標文件是編譯完成后的文件，從結構上說已經是可執行文件的格式了，只是還沒調整一些符號的地址等。

• Linux下可執行文件的格式是ELF文件。

• 目標文件里面有編譯過后的代碼指令、數據，還有一些鏈接時用的信息比如符號表、調試信息等。

• 目標文件一般以段(Segment)的形式存儲，比如編譯后的機器指令被放在代碼段.text，全局變量局部靜態變量數據經常被放在數據段.data。
  

• linux下的目標文件是ELF文件，大致看一下ELF的結構：

  • 文件頭：ELF的文件頭中定義了ELF魔數、文件機器字節長度數據存儲方式、版本、運行平臺、AB版本、ELF重定位類型、硬件平臺、硬件平臺版本、入口地址、程序頭入口和長度、段表的位置和長度及段的數量等。這些數值中有關描述ELF目標平臺的部分，與我們常見的32位 Intel的硬件平臺基本上一樣。
  • 段表：我們知道ELF文件中有很多各種各樣的段，這個段表（Section Header Table）就是保存這些段的基本屬性的結構。段表是ELF文件中除了文件頭以外最重要的結構，它描述了ELF的各個段的信息，比如每個段的段名、段的長度、在文件中的偏移、讀寫權限及段的其他屬性。
  • 重定位表：鏈接器在處理目標文件時，須要對且標文件中某些部位進行重定位，即代碼段和數據段中那些對絕對地址的引用的位置。這些重定位的信息都記錄在ELF文件的重定位表里面，對于每個須要重定位的代碼段或數據段，都會有一個相應的重定位表。、

• 鏈接的接口——符號

  • 鏈接需要處理的就是符號，也就是函數和變量，統稱為符號。每一個目標文件會有相應的符號表，值就是符號的地址。
    -定義在本文件的全局符號，可以被其他文件引用；而本文件中引用的全局符號，但沒在本文件定義，叫做外部符號。
  • 符號表.symtab會有符號的具體信息。
  • C++由于引進了復雜特性，符號增加了符號修飾，來解決函數重載、繼承、虛擬機制等問題導致的符號重名。

• 目標文件中還有可能保存一些調試信息，調試時必須提前知道源代碼和目標代碼之間的關系，來設置斷點、監控變量。（例如Qt中可以選擇Debug版本）但是比較占空間。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的阿龙的学习笔记---《程序员自我修养-链接、装载与库》读书笔记(一)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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