helloworld經歷了什麼？

《深入理解計算機系統》學習筆記

hello world往往是學習編程時遇到的第一個示例，下面是一個C語言版本：

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("hello, world\n");
    return 0;
}

這個程序會在終端打印hello, world這串字符，那麼這個程序在我們的計算機上到底是怎能被讀取運行的呢？

程序的存儲

我們將這段代碼保存爲文本文件並命名爲hello.c，稱作源程序或源文件。這段代碼裏都是英文字母以及一些符號，然而，計算機內存儲的信息都是二進制的，計算機只能識別由1和0組成的位（比特）序列，每8個位組成一個字節。那麼英語有26個字母，漢字更是成千上萬個，只用0和1怎麼表示呢？不用怕，我們只要將很多個0與1排列組合一下就能表示很多個了，n位就能表示2ⁿ個文字。例如一個字節8位最多就能表示256個。這就是編碼的強大能力了，常見的編碼標準有ASCII和UTF-8。

程序被翻譯成不同格式

C語言是高級語言，要想在計算機上運行，就必須被翻譯成計算機能理解的機器語言指令。然後這些指令按一種稱爲可執行目標程序的格式打好包，並以二進制磁盤文件的形式存放起來。目標程序也稱可執行目標文件。
linux> gcc -o hello hello.c
在Linux上我們用GCC將hello.c翻譯稱可執行文件hello，這個過程可以分爲四個階段。

• 預處理階段：預處理器cpp根據以井號#開頭的預處理命令修改原始程序。例如這裏hello.c的第一行#include <stdio.h>告訴預處理器讀取頭文件stdio.h的內容（這個文件裏包含了printf這個函數）並把它插入源程序,得到hello.i。
• 編譯階段：編譯器ccl將hello.i翻譯成文本文件hello.s，這裏包含一個彙編語言程序：

main:
  subq    $8, %rsp
  movl    $LC0, %edi
  call    puts
  movl    $0, %eax
  addq    $8, %rsp
  ret

• 彙編階段：彙編器as將hello.s翻譯成機器語言指令，把這些指令打包成一種叫做可重定位目標程序的格式，並將結果保存到hello.o
• 鏈接階段：我們在程序裏用到了printf函數，它存在於一個名爲printf.o的預編譯好了的文件中。這個文件需要以某種方式合併到我們的程序中，這就要用到鏈接器ld。結果就得到可執行文件hello。可以被加載到內存由系統執行。