Part1-程式語言基本概念與 Visual C++ 的使用.－winage的部落格

//本文章為C/C++程式設計研習班課後心得摘要

1.1編譯器與連結器概念

它的原始碼(source code)是要用來被編譯為讓電腦能直接執行的機械碼(object code, 或俗稱 binary code)的，所以 C/C++ 語言的一切指令設計幾乎有硬體上的目的

1.2c/c++語言特性

C/C++ 語言裡都要明確地指定每一筆資料的型態和儲存方式(如:正負號(signed)、無號的正整數(unsigned))，所以 C/C++ 語言被稱為強型別(strong type)語言。

C++特性:

原始碼通常被編譯為機械碼，而 Java 和 C# 則不是，所以如上所述地，以 C/C++ 語言寫程式會直接地處理資料儲存格式和編碼方式的問題。
語言變數的宣告與使用方式和記憶體中的實際儲存方式相符合，例如整數佔記憶體 4 bytes, 變數的排列順序即資料在記憶體中的排列順序，其他的語言你不會去管這個。
可直接依位址存取記憶體，現在幾乎只有 C/C++ 語言獨有指標(pointer)資料型態。
作業系統與軔體本身常用C語言撰寫，正因為 C/C++ 語言可以直接地編譯為餵給 CPU 執行的機械碼，所以是撰寫作業系統本身或韌體的主流方法。

必備知識:

程式語言的知識，例如使用 C/C++ 語言。
編譯器軟體，通常包含連結器，例如 Visual C++ 之於 Windows 系統。
必須的程式庫，通常已包含於編譯器軟體當中，例如 Win32 SDK 或 MFC 程式庫。

1.3作業系統如何執行

作業系統首先在系統記憶體(RAM)中配置一塊程式專屬的記憶體，如下圖所示，然後把可執行檔(.exe)由硬碟載入到該專屬記憶體，接著把程式指位器(program counter) 指向該記憶體中的機械碼起始位置，程式就開始執行了，如果是單工的作業系統(例如DOS)，作業系統的工作便到此結束了。如果是多工的作業系統(例如 Windows)，作業系統會持續地監控各程式的執行進度，並把滑鼠鍵盤的輸入資訊傳遞給程式。

1.4編譯器工作

編譯器(compiler)的工作，就是把原始碼重新編成與翻譯為機械碼(object code, 俗稱 binary code)。

Visual C++ 編譯器為例，每一個 .c 或 .cpp 檔案都會被編譯成一個 .obj 檔案，當中的內容已經是這些原始碼編譯而成的機械碼(object code)。

1.5連結器工作

連結器示意圖

如上圖所示，HelloWorld.cpp 中所做的事情就只有呼叫了 printf( ) 函式來顯示 Hello World! 文字。

甚麼函式呢？如下圖所示，函式一段程式碼片段，放置在主程式以外的另一個地方，它可能會有要求輸入參數，也可能會傳回一些結果數值。當程式執行到一個函式的時候，如下圖所示，它的流程會跳躍到該函式的程式碼處，執行函式的內容，完畢的時候再返回原流程呼叫該函式的地方，接著執行下去。

一個程式所呼叫的函式可能在另一個原始碼檔案(.c 或 .cpp)當中，也可能在另一個機械碼檔案(.obj)中，也可能在程式庫檔案中(.lib)中，無論如何，當編譯器在編譯 HelloWorld.cpp 的時候它並不知道 printf( ) 的程式碼在哪裡，亦不知道程式的流程該跳往何位址，所以在編譯出的 .obj 檔案中這個「空格」會被保留下來，而由連結器(linker)收集了所有的機械碼檔案(.obj與.lib)以後，才將它們填上，其實程式庫檔案(.lib)只不過是一些機械碼檔案(.obj)的集合體。

承續上面的例子，如下圖所示，連結器所產出的可執行檔(executable file)裡面，它把 HelloWorld.obj 和 printf( ) 的機械碼都合併 HelloWorld.exe 當中了，所以在 HelloWorld.obj 當中呼叫 printf( )函式所造成的程式流程跳躍(jump)，就變成了是同一個 .exe 檔案內(作業系統載入後是同一塊記憶體內)的位址跳躍了，所以連結器可以明確地寫上位址數值，總結地來說連結器所做的事情就是收集像這樣互相參考的機械碼、合併為執行檔、並且填寫這些機械碼之間的參考位址，這就是為甚麼通常由原始碼產生的可執行檔都會比原始檔案大很多，因為合併了許多來其他檔案的機械碼。