— 由 @Niefan Du 翻译

编译

• 我们这门课以Scratch开始,然后我们学习了C.

• 回想一下我们在C语言中写源代码,但是我们需要在我们的计算机运行它前,把它编译成二进制的机器代码.

  • clang是我们我们学着用的那个编译器,而make是一个实用程序,帮助我们在无需手动指示所有的选项的同时,运行clang.
  • 如果我们需要使用CS50的库,通过#include <cs50.h>,然后使用clang而不是make,我们则还需要添加一个标志(flag):clang hello.c -l cs50.标志l链接(link)了cs50文件,而它早已被安装在了CS50沙盒中.

• “编译”源代码成机器代码的过程其实是由这几个更小的步骤构成的:

  • 预处理(preprocessing)
  • 编译(compiling)
  • 组装(assembling)
  • 链接(linking)

• 预处理涉及到在其它任何事情的开始之前,先查看以#开头,像#include这样的代码行.例如,#include <cs50.h> 会告诉clang去先查找头文件,因为它里面包含着我们想要包含在我们程序中的内容.然后,clang会将这些头文件里的内容替换到我们文件中来:

  ...
  string get_string(string prompt);
  int printf(const char *format, ...);
  ...
  int main(void)
  {
      string name = get_string("Name: ");
      printf("hello, %s\\n", name);
  }
  

• 编译接受我们的C语言源代码,把它转化为汇编代码(assembly code),看起来就像下面这些一样:

  ...
  main:                 # @main
      .cfi_startproc
  # BB#0:
      pushq %rbp
  .Ltmp0:
      .cfi_def_cfa_offset 16
  .Ltmp1:
      .cfi_offset %rbp, -16
      movq %rsp, %rbp
  .Ltmp2:
      .cfi_def_cfa_register %rbp
      subq $16, %rsp
      xorl %eax, %eax
      movl %eax, %edi
      movabsq $.L.str, %rsi
      movb $0, %al
      callq get_string
      movabsq $.L.str.1, %rdi
      movq %rax, -8(%rbp)
      movq -8(%rbp), %rsi
      movb $0, %al
      callq printf
      ...
  

  • 这些指令级别更低(lower-level)且能被CPU更直接的理解,进行字节本身上的操作,而不是像变量名这样的抽象.

• 下一步是取汇编代码,通过汇编将其转化成二进制的指令.

• 现在,最后一步是链接,将那些我们链接的,如同cs50.c的库文件,以二进制的形式包含在我们的程序中.

代码调试

• 假如说我们写了一个程序叫buggy0:

  int main(void)
  {
      printf("hello, world\\n")
  }
  

  • 我们可以发现一个错误,当我们尝试去make这个程序,我们并没有包括任何的头文件.
  • 我们也可以运行help50 make buggy0,它最终会告诉我们,我们应该#include <stdio.h>,因为它包括了printf.
  • 这样做之后,我们又发现了一个错误,意识到我们在句末少了一个分号.

• 让我们再看向另一个程序:

  #include <stdio.h>
  
  int main(void)
  {
      for (int i = 0; i <= 10; i++)
      {
          printf("#\\n");
      }
  }
  

  • 唔姆,我们本只打算看到10个#,但是出现了11个.如果我们不知道发生了什么问题(因为我们的程序确实是按照我们写的来正常运行的),我们可以在我们的程序里加入另一个print行来帮助我们:

  #include <stdio.h>
  
  int main(void)
  {
      for (int i = 0; i <= 10; i++)
      {
          printf("i is %i\\n", i);
          printf("#\\n");
      }
  }
  

  • 现在我们可以看见i从 0 开始,直到为 10 后停止,但是我们本应让它到达10的时候就停止.

• 如果我们写代码的时候没有任何的留白,像下面这样,它仍然是正确的:

  #include <stdio.h>
  
  int main(void)
  {
  	for (int i = 0; i < 10; i++)
  	{
  		printf("i is %i\\n", i);
  		printf("#\\n");
  	}
  }
  

  • 但是这样一来,我们的程序变得更加难读了,而且很没有风格.通过循环中的缩进,我们可以更清楚的看出代码的嵌套.
  • 我们可以运行style50 buggy2.c,然后看看那些关于我们应该如何改变的建议.

• 所以回顾一下,我们有三种工具帮助我们改善我们的代码:

  • help50
  • printf
  • style50

内存

• 在我们的计算机里,我们有一种叫做RAM(random-access memory,随机存取存储器)的芯片,存储了短期内需要使用的数据.我们可能在我们的硬盘中长期保存文件(或者SSD),但是当我们打开它而且对它做出修改的时候,它就被拷贝到RAM中.尽管内存的空间更小,而且是暂时性的(因为断电时就会全部消失),但是它很快.

• 我们可以这样想,字节在内存里的存储是像网格一样的.

  

  • 事实上,在这样的芯片里可能有上亿个字节.

• 在C语言中,我们创造了一个变量的类型char,它的大小正好是一个字节,所以正好可以物理地存储在内存中的这样一个小方格里.一个4个字节的整型,则要占用4个这样的小格子.

数组