關於編譯代碼你應該知道的

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，而對於開源軟體，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，捕鼠器就像是一台有滑鼠的電腦。你可以想像一下這個代碼，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，你可以基於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，有可能有一隻老鼠在捕鼠器旁邊，由於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。你會在家裡使用開關打開燈。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，那麼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，然後觸發另一個，以此類推。如果這些寄存器有特定的意義，那麼就可以通信。也許激活同一主板上某處的晶元，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於一處發現老鼠，但是你只有一個捕鼠器，那你應該開發一個應用才行。使用網路攝像頭和一些基本的圖像識別軟體，你可以建立空廚房的模型，然後掃描變化。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並捕獲會更好，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。這是非常複雜的過程，因為 CPU 非常複雜（甚至比捕鼠器更加複雜），同時因為該過程比嚴格「需要」的更加靈活。並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，現代的通用編譯器並不簡單。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，並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，大多數人並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晶元架構的。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後的計算機上運行開源軟體的能力。

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：

1. 帶有宏定義的 C 源代碼 .c 文件，用 cpp 預處理為 .i 文件。
2. 擴展了宏定義的 C 源代碼 .i 文件，會被 gcc 轉譯成 .s 文件。
3. 以彙編語言寫的文本文件 .s 文件被彙編為目標 .o 文件。
4. 帶有 CPU 指令的二進位目標代碼，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。
5. 最終的二進位文件要麼包含所有需要的目標，要麼設置以動態鏈接庫 *.so 文件載入。

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 worldn");
   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，並且用戶友好。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麼簡單，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。

via: https://opensource.com/article/22/10/compiling-code

作者：Alan Smithee 選題：lkxed 譯者：Donkey-Hao 校對：wxy

本文由 LCTT 原創編譯，Linux中國 榮譽推出

本文轉載來自 Linux 中國: https://github.com/Linux-CN/archive