本節書摘來自華章計算機《計算機系統：核心概念及軟硬體實作（原書第4版）》一書中的第2章，第2.1節,作者：[美] j. 斯坦利·沃法德（j. stanley warford）著， 更多章節内容可以通路雲栖社群“華章計算機”公衆号檢視。
計算機隻能執行isa3層（指令集架構層）上的機器語言語句。是以hol6層的語句必須先被翻譯到isa3層，然後才能執行。圖2-1展示了編譯器的功能，它執行從hol6層語言到isa3層語言的翻譯工作。這個圖展示了到第3層的翻譯，有些編譯器是從第6層翻譯到第5層，然後再要求從第5層翻譯到第3層。
2.1.1c++編譯器
為了執行本書中的程式，需要有一個c++編譯器。運作程式分為3個步驟：
在文本編輯器中用c++語言寫程式，這個版本叫作源程式。
調用編譯器把源程式從c++翻譯或編譯為機器語言，機器語言的版本叫作目标程式。
執行目标程式。
有些系統允許用一條指令去指定後面的兩個步驟，通常叫作“運作”指令。無論是否分開編譯和執行，hol6層的程式在執行前必須進行翻譯。
當你寫源程式時，它像其他文本文檔一樣儲存在磁盤檔案中。編譯器将生成另一個稱為代碼檔案的目标程式檔案。編譯後目标程式在你的檔案目錄中是否可見取決于你的編譯器。
如果想執行一個之前編譯過的程式，就不需要再翻譯它，隻需直接執行目标程式即可。如果删掉了磁盤上的目标程式，總是可以通過再編譯源程式來恢複它。但是翻譯隻能從高層到低層，如果删除了源程式，那麼不能從目标程式恢複它。
c++編譯器是軟體，不是硬體。它存儲在磁盤上的檔案中。像所有的程式一樣，編譯器有輸入、處理和生成輸出這3個過程。從圖2-2中可以看到編譯器的輸入是源程式，而輸出是目标程式。
2.1.2 機器無關性
isa3層語言是與機器相關的。使用isa3層語言寫的用于在x品牌計算機上執行的程式，是不能在y品牌計算機上運作的。hol6層語言的一個重要性質就是它們與機器無關。如果用hol6層語言寫了一個程式用于在x品牌計算機上執行，那麼隻用稍加修改，它就可以在y品牌計算機上運作。
圖2-3展示了c++怎樣實作它的機器無關性。假設用c++寫了一個做統計分析的應用程式。既想把它賣給有x品牌計算機的人，也想把它賣給有y品牌計算機的人。隻有當這個統計程式是機器語言格式時才能執行。因為機器語言是與機器相關的，是以需要2個機器語言的版本：x品牌一種，y品牌一種。因為c++是一種常用的進階語言，是以應該有x品牌機器的c++編譯器和y品牌機器的c++編譯器。如果這樣的話，那麼隻需在一台機器上調用x品牌的c++編譯器生成x品牌機器語言版本，在另一台機器上調用y品牌的c++編譯器生成y品牌機器語言版本，而隻需寫一個c++程式。
2.1.3c++的記憶體模型
c++程式設計語言有3種不同類型的變量：全局變量、局部變量和動态配置設定變量。變量的值存儲在計算機的主存中，但是變量存儲的方式取決于變量的類型。3種類型的變量分别對應存儲器中3個特定的區域：
全局變量存放在存儲器中的固定位置。
局部變量存放在運作時棧上。
動态配置設定變量存放在堆上。
全局變量的聲明在所有函數的外面，在程式的執行過程中位置保持不變。局部變量在函數中聲明，函數被調用時它們出現，函數結束時它們消失。動态配置設定變量随着new運算符的執行出現，随着delete運算符的執行消失。
棧是一個值的容器，通過壓入（push）操作存入值，通過彈出（pop）操作取出值。存入和取出值的原則是後進先出，即當從棧中彈出一個值時，取出的是最後一個進入棧的值。正因如此，有時候棧稱為lifo表，lifo是“last in, first out”（後進先出）的首字母縮寫。
每條執行的c++語句是一個函數的一部分。c++函數有一個傳回類型、一個名字和一個參數表。程式包括一個名為main的特殊函數。通過執行main函數中的語句來執行程式。main函數中的語句有可能調用另一個函數。當執行一個函數時，按照如下順序對運作時棧的空間進行配置設定：
壓入傳回值的存儲空間。
壓入參數。
壓入傳回位址。
壓入局部變量的存儲空間。
當函數結束時，按照相反的順序釋放運作時棧的存儲空間：
釋放局部變量。
彈出傳回位址，根據傳回位址确定要執行的下一條語句。
釋放參數。
彈出傳回值，按照調用語句指定方式進行使用。
不管一個函數是main函數，還是在另一個函數中被一條語句調用的函數，都會執行上述這些步驟。
本章的程式說明c++程式設計語言的記憶體模型。後面的章節将展示編譯器把同樣的程式翻譯到asmb5層後的目标代碼。
2.1.4全局變量和指派語句
每個c++變量有3個屬性：
名字。
類型。
值。
變量名是程式員任意确定的辨別符。變量類型指定變量值的可能類型。圖2-4展示的程式聲明了兩個全局變量，輸入它們的值，對它們的值進行操作，然後輸出結果。這個程式沒有實際的意義，它的唯一目的就是說明c++程式的一些特點。
圖2-4的前兩行是注釋，編譯器會忽略注釋。c++源程式中的注釋以兩條斜杠//開始直到本行結束。程式接下來的一行是
它是一個編譯器指令（compiler direc-tive）， 使得程式能夠使用函數庫。在這個例子中，庫檔案iostream包含程式後面要用到的輸入函數>>和輸出函數<<。所有要使用>>和<<的程式都需要這條指令或者類似的指令。語句
是使用辨別符cin和cout所必需的，這兩個辨別符是在namespace std中定義的。如果不用using語句，使用cin和cout時就必須用完全限定名（fully qualified name）。例如，main()中的第一行就會寫作
程式中接下來的兩行
聲明了兩個全局變量。第一個變量的名字是ch，它的類型是字元型，是由變量名前面的關鍵字char來指定的。和大多數變量一樣，聲明并不能确定它的值，而必須從一個輸入語句獲得值。第二個變量的名字是j，類型是整型，由int指定。每個c++程式都有一個包含可執行語句的主函數。在圖2-4中，因為變量是在主程式外聲明的，是以它們是全局變量。
程式中接下來的一行
聲明了主程式是一個傳回一個整數的函數。c++編譯器必須生成能在特定作業系統上執行的代碼，由作業系統來解釋傳回值。标準慣例是，傳回值為0表示程式執行中沒有發生錯誤。如果發生了執行錯誤，則程式中斷，然後傳回一些非零的值，不會執行到main()最後一條可執行語句。這種情況下，如何處理取決于作業系統和錯誤的類型。本書中所有的c++程式都遵循通常的慣例：傳回0作為main函數的最後一條可執行語句。
圖2-4中第一條可執行語句是
這條語句用輸入運算符>>連接配接cin，cin表示标準輸入裝置。标準輸入裝置可以是鍵盤或者磁盤檔案。在unix環境下，預設的輸入裝置是鍵盤。執行程式時，可以把輸入重定向到一個磁盤檔案。這條輸入語句把輸入流中的第一個值賦給ch，第二個值賦給j。
第二條可執行語句是：
c++中的指派運算符是=，在英語中讀作“gets”（意為獲得，在中文裡一般讀作“等于”）。上面這條語句和下面這條是等價的：
英文中讀作“j gets j plus five”（意為j的值為j加上5）。
和某些程式設計語言不同，c++把字元當做整數，可以對它們進行運算。下面這條可執行語句
用增量運算符對ch加1，它等價于指派語句
c++程式設計語言是c語言（它本身是從b語言發展而來）的一個擴充。語言設計者在确定c++這個名字時，就使用了增量運算符。
接下來的可執行語句是
這條語句用輸出運算符<<連接配接cout，cout表示标準輸出裝置。标準輸出裝置可以是顯示屏也可以是磁盤檔案。在unix環境下，預設的輸出裝置是顯示屏，執行程式時，可以把輸出重定向到一個磁盤檔案。endl代表“end line”（意為行結束）。這條輸出語句把變量ch的值傳送到輸出裝置，然後把光标移到下一行的開始位置，把變量j的值傳送到輸出裝置，再把光标移到下一行的開始位置。
圖2-5展示了圖2-4所示程式在結束前的記憶體模型。全局變量ch和j的存儲位置是在記憶體的固定位置上配置設定的，如圖2-5a所示。
記住，當一個函數被調用時，運作時棧上配置設定了4項：傳回值、參數、傳回位址和局部變量。由于這個程式的主函數沒有參數和局部變量，是以在運作時棧上僅配置設定了标記為retval的傳回值和标記為retaddr的傳回位址的存儲空間，如圖2-5b所示。圖中顯示的傳回位址值是ra0，這是作業系統中程式結束時将執行的指令的位址。對在hol6層的我們來說，os4層作業系統的細節是隐藏的。
2.1.5局部變量
全局變量在主存中的固定位置進行配置設定，而局部變量在運作時棧上進行配置設定。在c++程式中，局部變量在主程式内聲明。圖2-6所示的程式聲明了一個常量和3個局部變量，3個局部變量分别表示一門課程的兩次考試分數和一個總分，總分是兩次考試分數的平均分加上獎勵分。
第一個變量之前的是常量bonus。與變量一樣，常量有名字、類型和值。不過，與變量不同的是，常量的值不會改變。初始化運算符=将這個常量的值指定為5。
圖2-6中的第一條可執行語句是
它把輸入流中的第一個值賦給exam1，第二個值賦給exam2。第二條可執行語句是
它把exam1和exam2的值相加得到的和除以2獲得它們的平均值，再加上獎勵分，接着把這個值賦給變量score。因為exam1、exam2和2都是整數，是以除法運算符/代表整數除法。如果exam1和exam2二者之一被聲明為浮點型，或者除數寫作2.0而不是2，那麼除法運算符就代表浮點數除法。整數除法會截掉餘數，而浮點數除法會保留小數部分。
例2.1如果圖2-6所示程式的輸入是
那麼輸出仍然是
考試分數和是153。如果用153除以2.0，得到浮點數值76.5。但是，如果用153除以2，運算符/代表整數除法，小數部分被截掉，或者說砍掉，得到76。 □
例2.2如果把score聲明為雙精度浮點型，如下所示
并且如果通過将2改為2.0把除法強制為浮點數除法，如下所示
那麼當輸入是68和85時，輸出是
□
兩個數的浮點除法僅生成一個值，即商。然而，整數除法生成兩個值—商和餘數，兩者都是整型。可以用c++的模運算符%計算整型除法的餘數。圖2-7展示了一些整型除法和模運算的例子。
圖2-8展示了圖2-6所示程式中的局部變量的記憶體模型。計算機在運作時棧上給所有的局部變量配置設定存儲空間。當main()執行時，傳回值、傳回位址、局部變量（exam1、exam2和score） 被壓入棧中。因為bonus不是變量，是以它不會入棧。