ch1

ch1.md

@@ -52,3 +52,150 @@ int add(int x, int y) {
 '__name__': '__main__', '__doc__': None, '__package__': None}
 ```
 
+这段代码表明，变量的名称在程序运行期间储存在内存中（以及其它作为默认运行时环境一部分的值）。
+
+在编译语言中，变量的名称只存在于编译时，而不是运行时。编译期为每个变量选择一个位置，并记录这些位置作为所编译程序的一部分[1]。变量的位置被称为“地址”。在运行期间，每个变量的值都储存在它的地址处，但是变量的名称完全不会储存（除非它们由于调试目的被编译器添加）。
+
+> [1] 这只是一个简述，之后我们会深入了解更多细节。
+
+## 1.3 编译过程
+
+作为程序员，你应该对编译期间发生的事情有所认识。如果你理解了这个过程，它会帮助你解释错误信息，调试你的代码，以及避免常见的陷阱。
+
+下面是编译的步骤：
+
+1.  预处理：C是包含“预处理指令”的几种语言之一，它生效于编译之前。例如，`#include`指令使其它文件的源代码插入到指令所在的位置。
+2.  解析：在解析过程中，编译器读取源代码，并构建程序的内部表示，称为“抽象语法树”（AST）。这一阶段的错误检测通常为语法错误。
+3.  静态检查：编译器会检查变量和值的类型是否正确，函数调用是否带有正确数量和类型的参数，以及其它。这一阶段的错误检测通常为一些“静态语义”的错误。
+4.  代码生成：编译器读取程序的内部表示，并生成机器码或字节码。
+5.  链接：如果程序使用了定义在库中的值或函数，编译器需要找到合适的库并包含所需的代码。
+6.  优化：在这个过程的几个时间点上，编译器可以修改程序来生成运行更快或占用更少空间的代码。大多数优化都是一些简单的修改，来消除明显的浪费。但是一些编译器会执行复杂的分析和修改。
+
+通常当你运行`gcc`时，它会执行上述所有步骤，并且生成一份可执行文件。例如，下面是一个小型的C语言程序：
+
+```c
+#include <stdio.h>
+int main()
+{
+    printf("Hello World\n");
+}
+```
+
+如果你把它保存在名为`hello.c`的文件中，你可以像这样编译并运行它：
+
+```sh
+$ gcc hello.c
+$ ./a.out
+```
+
+通常，`gcc`将可执行代码储存在名为`a.out`的文件中（它原本代表汇编器的输出，即“assembler output”）。第二行运行了这个可执行文件。`./`前缀告诉shell在当前目录中寻找它。
+
+使用`-o`选项来为可执行文件提供一个更好的名字，通常是个不错的注意。
+
+```sh
+$ gcc hello.c -o hello
+$ ./hello
+```
+
+## 1.4 目标代码
+
+`-c`选项告诉`gcc`编译程序并生成机器码，但是不链接它们或生成可执行文件：
+
+```sh
+$ gcc hello.c -c
+```
+
+执行结果是名为`hello.o`的文件，其中`o`代表“目标代码”（object code），它就是编译后的程序。目标代码并不是可执行代码，但是它可以链接到可执行文件中。
+
+`nm` UNIX命令可以读取目标文件并生成关于它所定义和所使用的名称的信息。例如：
+
+```sh
+$ nm hello.o
+0000000000000000 T main
+                 U puts
+```
+
+输出显示，`hello.o`定义了`main`名称，并使用了`puts`函数，它代表“输出字符串”（put string）。在这个例子中，`gcc`通过将`printf`替换掉执行了优化，它是一个复杂的大型函数。而`puts`相对来说比较简单。
+
+你可以使用`-O`选项来控制`gcc`优化的程度。通常，它执行非常细微的优化，可以使调试更加容易。`-O1`选项会开启最为普通和安全的优化。更高的数值开启需要长时间编译的高级优化。
+
+理论上，优化除了加速运行之外，不应改变程序的行为。但是如果你的程序中有微妙的bug，你可能会发现，优化会使bug出现或消失。在开发新的代码时，关闭优化通常是一个不错的注意。一旦程序正常运行并通过了适当的测试，你可以开启优化，并确保测试仍然能够通过。
+
+## 1.5 汇编代码
+
+和`-c`选项类似。`-S`告诉`gcc`编译程序并生成汇编代码，它通常为机器代码的可读形式。
+
+```sh
+$ gcc hello.c -S
+```
+
+执行结果是名为`hello.s`的文件，它可能看起来是这样：
+
+```asm
+        .file        "hello.c"
+        .section     .rodata
+.LC0:
+        .string      "Hello World"
+        .text
+        .globl       main
+        .type        main, @function
+main:
+.LFB0:
+        .cfi_startproc
+        pushq %rbp
+        .cfi_def_cfa_offset 16
+        .cfi_offset 6, -16
+        movq %rsp, %rbp
+        .cfi_def_cfa_register 6
+        movl $.LC0, %edi
+        call puts
+        movl $0, %eax
+        popq %rbp
+        .cfi_def_cfa 7, 8
+        ret
+        .cfi_endproc
+.LFE0:
+        .size        main, .-main
+        .ident       "GCC: (Ubuntu/Linaro 4.7.3-1ubuntu1) 4.7.3"
+        .section     .note.GNU-stack,"",@progbits
+```
+
+`gcc`通常为你所运行的机器生成代码，所以对我来说它生成x86汇编代码，运行在Intel、AMD和许多其它处理器上面。如果你运行在不同的架构上，你会看到不同的代码。
+
+## 1.6 预处理
+
+在编译过程中再往前退一步，你可以使用`-E`选项来只运行预处理器：
+
+```sh
+$ gcc hello.c -E
+```
+
+执行结果就是预处理器的输出。这个例子中，它含有来自`stdio.h`的被包含代码，和`stdio.h`所包含的所有文件，还有这些文件所包含的所有文件，以及其它。在我的机器上，共计800行代码。因为几乎每个C语言程序都会包含`stdio.h`，这800行代码经常会被编译。如果你像大多数C程序那样也包含了`stdlib.h`，结果会变成多于1800行代码。
+
+## 1.7 理解错误
+
+既然我们知道了编译过程的步骤，理解错误消息就变得十分容易。例如，如果`#include`指令中出现了一个错误，你会从预处理器处得到一个错误：
+
+```
+hello.c:1:20: fatal error: stdioo.h: No such file or directory
+compilation terminated.
+```
+
+如果有语法错误，你会从编译器处得到一个错误：
+
+```
+hello.c: In function 'main':
+hello.c:6:1: error: expected ';' before '}' token
+```
+
+如果你使用了没有在任何标准库中定义的函数，你会从链接器处得到一个错误：
+
+```
+/tmp/cc7iAUbN.o: In function `main':
+hello.c:(.text+0xf): undefined reference to `printff'
+collect2: error: ld returned 1 exit status
+```
+
+`id`是UNIX链接器的名称，这样命名是因为“装载”（loading）是编译过程中的另一个步骤，它和链接关系密切。
+
+一旦程序运行起来，C会执行非常少的运行时检测，所以你会看到极少的运行时错误。如果你发生了除零错误，或者执行了其它非法的浮点操作，你会得到“浮点数异常”。而且，如果你尝试读写内存的不正确位置，你会得到“段错误”。