第一章 溫故而知新
1.1 從Hello World說起
一開始從列印一個“hello world”這個程式說起，不僅僅停留在表面，給我提出了一個疑問？列印出 “hello world”是如何實作的，提出了一系列的問題，這部分問題的大部分答案，我也不清楚，這裡留下了一個懸念，問題放到了下面。
1.2 萬變不離其宗
這一部分将抽象的計算機概念，進行了具體化，一個計算機的組成最重要的三個部件，中央處理器CPU，記憶體和I/O控制晶片。為了協調CPU，記憶體和高速的圖形裝置，人們想到了一系列的方法，設計南橋和北橋，然後技術越來越先進，在2004年，cpu的頻率從那時再也沒有發生質的提高，原因是人類在cpu的工藝達到實體極限，然後人類通過增加cpu的數量來提高效率，然後就有了多核處理器。
1.3 站的高，望的遠
本段介紹了系統軟體的體系結構，如下圖：
每個層次之間都需要通信，既然需要通信就必須有一個通信的協定，我們将其稱位 “接口”，接口的下面那層是接口的提供者，每個中間層都是對其下層的包裝和擴充。從整個層次結構上看，開發工具與應用工具屬于同一個層次，他們都使用作業系統應用程式程式設計接口。應用程式接口的提供者是運作庫，運作庫是對系統調用接口的包裝和擴充。系統調用是在作業系統核心實作的，系統調用接口的實作往往以軟中斷的方式提供。作業系統核心層，是對硬體接口的使用者，而硬體是接口的定義者。
這裡提供兩個圖來更好的了解：
1.4 作業系統做什麼
提供抽象的接口，管理硬體資源
1.4.1 不要讓cpu打盹
開啟多道設計程式，分時系統，cpu配置設定方式，搶占式，讓cpu盡最大可能的去忙碌。
1.4.2 裝置驅動
通過作業系統中的硬體驅動程式，去完成硬體的驅動，例如檔案的讀取，通過硬體驅動程式，讀取磁盤上的資料，将資料讀取到，事先設定好的記憶體位址中。
1.5 記憶體不夠怎麼辦
這一段其實主要講的是虛拟記憶體，由于主存的存儲空間不足，通過輔存，從邏輯上擴充記憶體，這個是一個虛拟的概念，對我們程式員來說，我們看到的記憶體是虛拟的，當我們通路到的虛拟位址不存在于主存中時，cpu會陷入缺頁中斷，通過交換，分頁和排程，會将磁盤中的一頁調入記憶體，或者當主存被占滿時，通過排程機制，将不常用的一頁調出主存，寫入磁盤，将我們需要的一頁調入主存，然後給我們一個假象，我們擁有很大的記憶體，并通過虛拟記憶體可以實作程序的虛拟位址空間的隔離。
1.6 衆人拾柴火焰高
這一段主要講線程，然後闡述了線程與程序的關系：
然後線程的優點，通路權限，線程之間共享程序中的全局變量，堆上資料，函數裡的靜态變量，程式代碼，任何線程都有權利執行讀取程序中的任何代碼，打開檔案，A線程打開檔案，B線程對檔案進行讀寫。線程私有，局部變量，函數參數，線程局部資料。線程的執行狀态：等待，就緒，運作
還有三态轉換：
線程排程，每個線程都被配置設定了一定的時間片和優先級，線程優先級改變的方法：
使用者指定優先級，根據進入等待狀态的頻繁程度來提高或降低優先級。長時間得不到執行而被提升優先級。
1.6.2 線程安全
主要講述了線程安全的一些措施，利用鎖，讀寫鎖，信号量，條件變量，原子操作。但是我覺比較新奇的是，過度優化那裡，編譯器過度優化會改變指令順序，cpu會改變指令的順序，在多線程下會造成資料不一緻的問題，但是許多體系結構的cpu會提供barrier指令，防止線程不安全。還有就是核心線程和使用者線程的對應關系，現在基本采用多對多的關系，好處是，使用者現程數量可以多個，使用者線程中一個阻塞一般不會影響其他使用者線程。
第二部分編譯和連結
2.1 被隐藏了的過程
一個簡單的hello.c 程式如下：
#include<stdio.h>
int main(){
printf("hello world!");
return 0;
} 在Linux下當我們使用 gcc hello.c -o hello 時，會一氣呵成的生成一個hello 可執行檔案
./hello 就可以輸出 “hello world!”，事實上上述過程可以分為四個步驟，預處理，編譯，彙編，連結，如下圖所示：
2.1.1 預編譯
預編譯的過程就是對一些#進行一些處理，處理步規則如下：
2.1.2 編譯
編譯部分其實就是将預處理後的代碼變成彙編代碼，這裡涉及語義分析，詞法分析，文法分析及優化後的彙編代碼，這個過程很複雜。
2.1.3 彙編
這部分就是将彙編代碼，變成機器可以執行的機器碼。
2.1.4 連結
連結通常是一個比較讓人費解的過程。文章裡提供了一系列問題。
連結就是把一大堆檔案連結成一個可執行檔案。
2.2 編譯器做了什麼
編譯器就是将進階語言翻譯成機器語言的一個工具。
編譯的過程一般分為六部：掃描，文法分析，語義分析，源代碼優化，代碼生成和目标代碼優化。
2.2.1 詞法分析
源代碼程式被輸入到掃描器，掃描器的任務很簡單，他隻是簡單的進行詞法分析，運用類似于有限狀态機的算法，将字元串序列分割成一系列記号。例如這個程式：
他被分割後，如下圖所示，字元串被分割成一些列的記号，記号有自己的類型：
詞法分析産生的記号一般可以分為如下幾類：關鍵詞，辨別符，字面量和特殊字元。
掃描器做了以上的工作。有一個叫lex的程式可以實作詞法掃描，他會按照使用者之前描述好的詞法規則對字元串分割成一個個記号。因為這樣一個程式的存在，程式開發者就無須為每一個編譯器開發一個獨立的詞法掃描器，而是根據需要改變詞法規則就可以了。
2.2.2 文法分析
接下來文法分析器将對掃描器産生的記号進行文法分析，進而産生文法分析樹，整個分析過程采用上下文無關文法的分析手段。
由于我根本不懂上下文無關文法，是以我決定去看看。
看完定義，說實話沒看懂，等會去可靠他說的例子，我們先看看它上面的哪些東西是如何定義的。
這些東西這裡還是不做深入了解了，畢竟我也不懂，也不是一時半會能學會的，都怪我編譯原理沒好好學，想要深入去學編譯原理吧，這裡淺嘗辄止即可。簡單的講由文法分析器産生的文法分析樹就是以表達式為節點的樹。類似于表達式求值那道算法題，不知道你們寫過沒有，解法有用棧來寫，還有用文法分析樹來寫。下圖是上圖表達式的文法分析樹：
正如前面詞法分析有lex一樣，文法分析也有一個現成的工具叫做yacc。他像lex一樣可以根據使用者給定的文法規則，對輸入的記号序進行解析，進而建構出一顆文法樹。對于不同的編譯語言，編譯器開發者隻需改變文法規則即可，無需為每一個編譯器寫一個文法分析器。
2.2.3 語義分析
文法分析僅是完成表達式方面的分析，但是她并不了解這個語句是否有真正的意義。檢查合法性
比如這個，我讓一個野指針去和b相乘，a和b不是同一個類型，這樣在文法上面是沒有任何問題的，但是語義上面卻是不被允許的。
通過上圖的話，應該可以了解，語義分析的重要性。
被辨別了類型的文法樹，經過語義分析的文法樹成為上圖的樣子。
中間層語言生産
現代編譯器有着很多成優化，有些代碼寫的實在累贅，是以編譯器需要把他優化。
優化後，就會變成另一個模樣的文法樹：
2.2.5 目标代碼生産與優化
這裡講了下如何生成目标代碼要有代碼生成器和目标代碼優化器，讓我們得到的最終代碼是最優的形式。
這句話很有趣，其實他的意思就是多檔案編寫，比如我昨天做的那個手動連結那個小實驗，兩個代碼不在同一個檔案，當我們在一個檔案裡面使用了另一個檔案的函數，然後需要重定位，各種各種的東西，連結器可以幫我們做了，可以看我的那篇部落格，寫的很清晰：使用裸ld手動連結c程式
2.3 連結器年齡比編譯器長
這部分前面講了連結器的曆史，然後講了一下程式并不是一寫好就是一直不變的。
解釋了什麼是重定位。
2.4 子產品拼裝——靜态連結
寫一個數百萬行的代碼在一個檔案裡，是十分難以維護的，是以出現量子產品化，将一個大項目，分割成很小的子產品，每個子產品獨立編譯，然後按照要求将他們組裝起來，就成了一個大的子產品，這個過程稱位連結。
這句話清楚的解釋了連結的含義。
闡述靜态連結和動态連結在細節上的命名規範。
上圖這個過程，在預編譯階段将頭檔案個複制一份插入源代碼，經曆編譯彙編生成可重定位的目标代碼，再連接配接階段，将運作庫裡的目标代碼連結進來，最終成為一個可執行檔案。
運作時庫，就是對系統調用的進一步分裝。
這斷話舉了一個很好的例子，看完他，會有一個自己的了解。
2.5 本章小結
第三章 目标檔案裡有什麼
3.1 目标檔案的格式
Windows下的可執行檔案格式為PE，和Linux的ELF，他們都是COFF格式的變種。目标檔案就是源代碼編譯後 但未進行連結的那些中間檔案（Window下的.obj和Linux下的.o)他跟可執行檔案的内容與結構很相似，是以一般跟可執行檔案的格式一起采用一種格式存儲。動态連結庫和靜态連結庫都按照可執行檔案格式進行存儲。
3.2目标檔案是什麼樣的
目标檔案的内容至少有編譯後的機器指令代碼，資料。沒錯除了這些資訊，還包括連結時所必要的資訊，字元串符号表等。
上圖的File Header檔案描述了檔案的很多資訊，包括段表，檔案是否可執行是靜态連結還是動态連結等資訊。
接下來講了c語言編譯後的執行語句都儲存在.text段；初始化的全局變量和局部靜态變量都儲存在.data段，而未初始化的全局變量和靜态局部變量儲存至.bss段，運作時這一段确實占用記憶體空間，但是.bss段在檔案中并不占據空間，隻是為未初始化的全局變量和靜态變量預留位置而已。
為什麼要把程式的指令和資料分開存放，這樣有什麼優勢？
下面是解釋：
3.3 挖掘SimpleSection.o
以下面這個代碼為例來講解：
我們使用gcc去編譯這個代碼：
gcc -c SimpleSection.c
然後我們檢視這個檔案的内部結構
結構圖如下：
然後接下來說SimpleSection.o段的數量比我們想象的要多，接下來将段的種類：
有一個專門的指令叫做size他可以用來檢視ELF檔案的代碼段，資料段和BSS段的長度。
3.3.1 代碼段
将.o檔案以16進制的形式輸出，.text段最左邊是偏移量。
3.3.2 資料段和隻讀資料段
隻讀資料段的好處：
3.3.3 BSS段
講bss段的内容
Quiz 變量存放的位置
現在來做個小實驗
static int x1=0;
static int x2=1;
x1，x2會被存放在什麼段中呢？
答案：x1會被存放在.bss段，x2會被存放在.data段,原因：bss段的資料預設為0，而x1=0，是以被優化掉了，放到bss段，節省磁盤空間。
3.3.4 其他段
除了.text，.data，.bss這三個最常用的段之外，ELF檔案也有可能包含其他段，用來儲存與程式相關的其他資訊。表3-2中列舉了ELF的一些常見段。
插入的段名不能和不能使用”.“作為字首，否則容易根系統保留的段名起沖突。
在代碼中使用圖檔，音頻，等其他東西作為目标檔案，将其制成一個段，該怎麼做？
從上面，我覺得通過代碼，操作檔案可能就是把檔案制程一個二進制的.obj，連結進來進行操作。自定義段
通過__attribute__((section())) 變量 可以将 變量放到我們指定的段中。
3.4 ELF檔案結構描述
3.4.1 檔案頭
魔術的作用：
可以去搜一下elf檔案中魔術的由來
3.4.2 段表
段表是一個結構體Elf32_Shdr結構體數組，數組元素等于段的個數。
結構體的結構，感興趣的可以自行去查。
3.4.3 重定位表
3.4.4 字元串表
在ELF檔案頭就可以得到字元串表和段表的位置，進而解析整個ELF檔案。
3.5 連結的接口——符号
連結過程的本質就是要把多個不同的目标檔案之間互相黏在一起。
3.5.2 特殊符号
3.5.3 符号修飾與簽名
防止函數重名！
C++修飾符
這裡主要講c++對函數的修飾，函數簽名的一些規則
3.5.4 extern “C”
講C++相容C
為什麼C++相容C?