關于編譯代碼，你應該知道的

作者：Alan Smithee 2022-11-04 08:22:14

用這個方便的捕鼠器比喻來理解編譯代碼。

源代碼必須要經過編譯才能夠運行程序，而對于開源軟件，每個人都可以獲取源代碼。無論你是自己編寫了代碼，想要編譯和運行它，還是下載了某人的項目來嘗試它，了解如何通過 ??編譯器?? 處理源代碼，以及編譯器如何處理這些代碼，這都很有用。

創建一個更好的捕鼠器

一般情況我們不會將一個捕鼠器比作電腦，但不管你信不信，它確實與你正在使用的設備（手機或電腦）的 CPU 有一些相似之處。經典的捕鼠器（我說的不是 ??）有兩種狀態：打開或者釋放。你可以認為打開是將捕鼠器設置好準備捕獲老鼠，以及釋放是捕鼠器被老鼠觸發。某種意義上來說，捕鼠器就像是一臺有鼠標的電腦。你可以想象一下這個代碼，用一種虛構的語言來描述這個過程：

if mousetrap == 0 then
      There's a mouse!
    else
      There's no mouse yet.
    end

換句話說，你可以基于捕鼠器的狀態發現是否有老鼠（數據）。當然，捕鼠器不是萬無一失的，有可能有一只老鼠在捕鼠器旁邊，由于老鼠還沒有觸發捕鼠器，所以它的狀態還是打開的。因此該程序可以進行改進，這都是非常典型的。

開關

總的來說，捕鼠器就是一個開關。你會在家里使用開關打開燈。可以從開關中獲得許多信息。比如，人們會從你家燈的狀態了解到你是否在家。

你可以根據鄰居家燈的狀態來改變行為。如果鄰居家所有的燈都熄滅了，那么請關掉你大聲的音樂，因為人們可能已經上床睡覺了。

CPU 也使用這樣的邏輯，只不過乘以幾個數量級，縮小到了微觀級別。當 CPU 在特定寄存器上接收到電信號時，可以觸發其他一些寄存器，然后觸發另一個，以此類推。如果這些寄存器有特定的意義，那么就可以通信。也許激活同一主板上某處的芯片，或者使 LED 亮起，或者改變屏幕上的像素顏色。

種瓜得瓜，種豆得豆。如果你真的想在多個位置而不是僅限于一處發現老鼠，但是你只有一個捕鼠器，那你應該開發一個應用才行。使用網絡攝像頭和一些基本的圖像識別軟件，你可以建立空廚房的模型，然后掃描變化。當老鼠進入廚房，在原先沒有老鼠的圖像上會有像素的變化。記錄下這些數據，如果有無人機可以追蹤老鼠并捕獲會更好，這樣就可以將老鼠趕出廚房了。這時，你通過打開和關閉信號的魔法，創造了一個更好的捕鼠器。

編譯器

代碼編譯器將人們可閱讀的代碼轉換成 CPU 可以理解的機器語言。這是非常復雜的過程，因為 CPU 非常復雜（甚至比捕鼠器更加復雜），同時因為該過程比嚴格“需要”的更加靈活。并不是所有的編譯器都很靈活。有一些編譯器只有一個目標，它們只會處理特定格式的代碼文件，處理過程也因此而簡單明了。

幸運的是，現代的通用編譯器并不簡單。它們允許你編寫不同語言的代碼，也允許你用不同的方式鏈接庫文件，并且可以生成運行在不同架構上的文件。??GNU 編譯器集合???（GCC）的 ??gcc??? 編譯器 ??--help??? 會輸出超過 50 行的選項，LLVM 的 ??clang??? 編譯器的 ??--help?? 輸出超過 1000 行。GCC 指導手冊的字數超過 10 萬。

當你在編譯代碼時會有很多選項。

當然，大多數人并不需要知道所有的選項。我從未讀過 GCC 的手冊頁，因為它們是針對 Objective-C、Fortran 以及我從未聽說過的芯片架構的。不過我重視它將代碼編譯為不同的架構 —— 64 位或者 32 位 —— 的能力，以及在其他行業已經落后的計算機上運行開源軟件的能力。

編譯生命周期

同樣重要的是，理解編譯代碼的不同階段。這是一個簡單的 C 語言程序的生命周期：

帶有宏定義的 C 源代碼??.c??? 文件，用??cpp??? 預處理為??.i?? 文件。
擴展了宏定義的 C 源代碼??.i??? 文件，會被??gcc??? 轉譯成??.s?? 文件。
以匯編語言寫的文本文件??.s??? 文件被匯編為目標??.o?? 文件。
帶有 CPU 指令的二進制目標代碼，以及其他目標文件和庫??*.o??? 文件，以內存區域無關的偏移量，使用??ld?? 鏈接以生成可執行文件。
最終的二進制文件要么包含所有需要的目標，要么設置以動態鏈接庫??*.so?? 文件加載。

你可以試試這個簡單示例（可能需要對庫路徑做一些調整）：

$ cat << EOF >> hello.c
     #include
     int main(void)
     { printf("hello world\n");
       return 0; }
       EOF
    $ cpp hello.c > hello.i
    $ gcc -S hello.i
    $ as -o hello.o hello.s
    $ ld -static -o hello \
      -L/usr/lib64/gcc/x86_64-slackware-linux/5.5.0/ \
      /usr/lib64/crt1.o /usr/lib64/crti.o hello.o \
      /usr/lib64/crtn.o  --start-group -lc -lgcc \
      -lgcc_eh --end-group
    $ ./hello
    hello world

可獲得的知識

計算機已經變得非常強大，并且用戶友好。請不要走向這兩種可能的極端中的任何一種：計算機不像捕鼠器和電燈開關那么簡單，但它們也不是無法理解的。你可以了解編譯代碼、如何鏈接以及針對不同架構進行編譯。一旦你知道了，你就可以更好地調試代碼。你可以理解你下載的代碼，甚至可以修復其中的一兩個錯誤。同時從理論上來講，你可以建造一個更好的捕鼠器，或者用捕鼠器造一個 CPU。由你決定。

責任編輯：龐桂玉來源： Linux中國

編譯代碼 C語言