执行时的C程序

数据和代码

编程语言理论经典对立之中的一个就是代码和数据的差别。有些语言如LISP把两者视为一体，其它语言如C语言则维持两者的差别。编译绝大部分工作都跟翻译代码有关，必要的数据存储管理的绝不部分都在执行时进行。

学习执行时能够有三个优点，有助于优化代码。获得最佳效率，有助于理解更高级的材料。陷入麻烦的时候。能够更easy的分析问题。

段(Segments)

ELF：(原意为Extensibla Linker Format,可扩展链接器格式，如今代表Executable and Linking Format，可执行文件和链接格式)，存在于绝大多SVr4实现。

COFF：（Common Ojbect-File Format，普通目标文件格式）。存在于其它系统中。

上述两种不同的格式有一个共同的概念，段。段的概念和非常多都相关，单就目标文件而言，段就是指二进制文件里简单的区域，里面保存了和某种特定类型(如符号表条目)相关的信息。

术语Section也被广泛使用。section是ELF文件里的最小组织单位。一个段一般包含几个section。

上述段的概念是UNIX中的。和Intel X86架构的段全然没有关系。UNIX中段就表示一个二进制文件的内容块，intel X86中段表示一种设计的结果，在这样的设计中，地址空间并非一个总体，而是分成64k大小的区域，称之为段，这样的设计也是情非得已，为了向下兼容以前的芯片。

a.out的结构

下图显示了编译器和连接器分别在这些段中写入了什么东西

BSS段是“Block Started by Symbol(由符号開始的块)”的缩写。它是旧式IBM704汇编程序的一个伪指令，UNIX借用了这个名字。至今仍然沿用。有些人喜欢把它记作“Better Save Space(更有效的节省空间)”，由于BSS段仅仅保存没有值得变量，所以其实并不须要保存这些变量的映象。执行时所须要的BSS段的大小记录在目标文件里。但BSS段不像其它段。它并不占用目标文件的不论什么空间

能够使用size命令和nm程序来查看程序各个部分的大小

操作系统之于a.out

为什么要用段来组织，由于段能够方便的映射到链接器。在执行时能够直接加载。加载器仅仅须要提取文件里每一个段的映像。段在正在执行的程序中是一块内存区域，每一个区域有特定的目的。

文本段包含程序的指令

数据段包含经过初始化的全局变量和静态变量以及它们的值，BSS段的大小从可执行文件里得到。然后链接得到这个大小的内存块。紧跟数据块之后，这块内存进入程序后所有清零。

C语言执行时系统之于a.out

执行时数据结构包含，堆栈、活动记录、数据和堆等

• 堆栈段：主要有三个用途。和函数以及表达式有关。

  除了递归调用，堆栈并非必须的。在大多数CPU中，堆栈是向下增长的，也就是朝着低地址方向生长。

  • 为函数内部的局部变量提供存储空间
  • 函数调用过程中，保持一些维护性信息，称为堆栈结构或者过程活动记录
  • 暂存区，非常长的算数表达式

和C++不同。C执行时函数个个短小精悍，使得C非常高效

C语言不同意在函数中定义函数，也就是函数不能嵌套定义。

setjmp和longjmp

以上两个命令是C语言独有的，通过操纵过程活动记录实现的。

• setjmp(jmp_buf j)必须首先被调用。它表示使用变量j记录如今的位置，函数返回0；
• longjmp(jmp_buf j,int i)能够接着被调用。它表示回到j所记录的位置，让他看上去像刚从setjmp函数返回一样。可是函数返回i。使代码知道它实际上是通过longjmp返回的。

• 当使用longjmp时。j的内容被销毁
  
  • setjmp保存了一份程序计数器和当前的栈顶指针，也能够保存一些初始值，longjmp恢复这些初始值。
  • 和goto不同，第一，goto不能跳出C语言的函数；第二。longjmp仅仅能回到以前到过的地方。
• 须要注意的是。保证局部变量在longjmp过程中一直保持它的值得唯一可靠办法就是把它声明为volatile。
• 两者组合最大用途是错误恢复。仅仅要还没从函数返回，一旦发现一个不可恢复的错误，就能够把控制流转移到主输入循环。能够用它来从一串非常深的代码中马上返回，提防潜在的危急代码。

  眼下C++已经支持了异常系统

switch(setjmp(jbuf))
{
    case 0:
          apple = *suspicious;
          break;
    case 1:
          printf("suspicious is a bad pointer\n");
          break;
    default:
          die("unexpected value returned bt setjmp");
}

• 和goto一样。不是必要的情况下不要使用它们。

UNIX和MS-DOS的堆栈段

• 在UNIX中，当进程须要很多其它空间的时候，堆栈会自己主动生长。
• DOS中，在建立可执行文件时，堆栈大小必须同一时候确定，并且它不能在执行时增长。Stack overflow是常见的堆栈溢出错误。

实用的C语言工具

Reference

Ｃ专家编程