計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與編程

1、Professional Programming,-------Secrets behind the code,TA：毛先領(lǐng),上機(jī)時(shí)常問(wèn)的問(wèn)題,為什么要先點(diǎn)擊“編譯”，再“運(yùn)行”？為什么局部變量和全局變量有不同的生命周期？（或?yàn)槭裁催@個(gè)變量只能在這個(gè)函數(shù)內(nèi)引用？）為什么VB不用編譯直接運(yùn)行即可？為什么我的程序編譯不了？… … …. … …為什么… …,編程不僅僅是只知道語(yǔ)法規(guī)則,必須了解程序背后的秘密 ----計(jì)算機(jī)的系

2、統(tǒng)結(jié)構(gòu) ----計(jì)算機(jī)程序的運(yùn)行方式 ----編譯原理 ………………….,Niubility!,outline,程序的編譯流程程序與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)程序的運(yùn)行方式程序的調(diào)試（GDB）POJ 例子Q&A,outline,程序的編譯流程程序與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)程序的運(yùn)行方式程序的調(diào)試（GDB）POJ 例子Q&A,程序的編譯流程,.c文件經(jīng)過(guò)預(yù)處理（gcc 時(shí)帶上 -E選項(xiàng)）產(chǎn)生.i文件……&

3、#160;      預(yù)處理        編譯          匯編            

4、0; 連接.c------------>.i------------>.s------------>.o------------>a.out       -E             -S    &

5、#160;       -c,Pre-processor(cpp),,hello.i,Compiler(cc1),,hello.s,Assembler(as),,hello.o,Linker(ld),,hello,,hello.c,Sourceprogram(text),Modifiedsourceprogram(text),Assemblypr

6、ogram(text),Relocatableobjectprograms(binary),Executableobjectprogram(binary),,printf.o,A Example,源程序,1、預(yù)處理,預(yù)處理：使用-E參數(shù)輸出文件的后綴為“.cpp”gcc –E –o gcctest.cpp gcctest.c使用wc命令比較預(yù)處理后的文件與源文件，可以看到兩個(gè)文件的差異,,,行數(shù) 單詞數(shù) 字節(jié)數(shù)

7、,預(yù)編譯,,,,預(yù)處理文件?匯編代碼1）使用-x參數(shù)說(shuō)明根據(jù)指定的步驟進(jìn)行工作，cpp-output指明從預(yù)處理得到的文件開(kāi)始編譯2）使用-S說(shuō)明生成匯編代碼后停止工作gcc –x cpp-output –S –o gcctest.s gcctest.cpp也可以直接編譯到匯編代碼gcc –S gcctest.c,2、編譯成匯編代碼,,,預(yù)處理文件?匯編代碼,直接編譯到匯編代碼,3、編譯成目標(biāo)代碼,匯編代碼?目標(biāo)代碼g

8、cc –x assembler –c gcctest.s直接編譯成目標(biāo)代碼gcc –c gcctest.c使用匯編器生成目標(biāo)代碼as –o gcctest.o gcctest.s,,,匯編代碼?目標(biāo)代碼,直接編譯成目標(biāo)代碼,使用匯編器,4、編譯成執(zhí)行代碼,目標(biāo)代碼?執(zhí)行代碼gcc –o gcctest gcctest.o直接生成執(zhí)行代碼gcc –o gcctest gcctest.c,,,目標(biāo)代碼?執(zhí)行代碼,直

9、接生成執(zhí)行代碼,outline,程序的編譯流程程序與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)程序的運(yùn)行方式程序的調(diào)試（GDB）POJ 例子Q&A,程序與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),圖靈機(jī) 磁帶、控制器以及讀寫磁頭三部分組成,,Registers,On-chip L1cache (SRAM),Main memory(DRAM),Local secondary storage(local disks),,,,,Larger, slower,

10、and cheaper (per byte)storagedevices,,Remote secondary storage(distributed file systems, Web servers),,Off-chip L2cache (SRAM),CPU registers hold words retrieved from cache memory.,,L0:,L1:,L2:,L3:,L4:,L5:,Smaller

11、,faster,and costlier(per byte)storage devices,,Mainmemory,,I/O bridge,,Bus interface,,,,,,,,ALU,Register file,,,CPU,System bus,,Memory bus,,,,Disk controller,,Graphicsadapter,,USBcontroller,,,Mouse,Keyboard,,D

12、isplay,,Disk,,,,,I/O bus,,,,,Expansion slots forother devices suchas network adapters,hello executable stored on disk,PC,Mainmemory,,I/O bridge,,Bus interface,,,,,,,,ALU,Register file,,,CPU,System bus,,Memory bus,,,

13、,Disk controller,,Graphicsadapter,,USBcontroller,,,Mouse,Keyboard,,Display,,Disk,,,,,I/O bus,,,,,Expansion slots forother devices suchas network adapters,PC,,,,,,,,,"hello",Usertypes"hello",Mai

14、nmemory,,I/O bridge,,Bus interface,,,,,,,,ALU,Register file,,,CPU,System bus,,Memory bus,,,,Disk controller,,Graphicsadapter,,USBcontroller,,,Mouse,Keyboard,,Display,,Disk,,,,,I/O bus,,,,,Expansion slots forother d

15、evices suchas network adapters,hello executable stored on disk,PC,,,,,hello code,"hello,world\n",outline,程序的編譯流程程序與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)程序的運(yùn)行方式程序的調(diào)試（GDB）POJ 例子Q&A,程序的運(yùn)行方式,以匯編代碼為例 gcc –S gcctest.s gcctest.c,.fi

16、le "gcctest.c" .section .rodata.LC0: .string "Hello World!".LC1: .string "i=j+1=%d\n" .text.globl main .type main, @functionmain:

17、 leal 4(%esp), %ecx andl $-16, %esp pushl -4(%ecx) pushl %ebp movl %esp, %ebp pushl %ecx subl $36, %esp movl $0, -12(%ebp) movl $0

18、, -8(%ebp) movl -8(%ebp), %eax addl $1, %eax movl %eax, -12(%ebp) movl $.LC0, (%esp) call puts movl -12(%ebp), %eax movl %eax, 4(%esp)

19、movl $.LC1, (%esp) call printf movl $0, %eax addl $36, %esp popl %ecx popl %ebp leal -4(%ecx), %esp ret .size main, .-main .i

20、dent "GCC: (GNU) 4.1.2 (Ubuntu 4.1.2-0ubuntu4)" .section .note.GNU-stack,"",@progbits,Kernel virtual memory,Memory mapped region forshared libraries,,Run-time heap(created at runtime

21、 by malloc),,,User stack(created at runtime),,,Unused,0,Memoryinvisible touser code,,0xc0000000,0x08048000,0x40000000,,Read/write data,Read-only code and data,,Loaded from the hello executable file,printf() function,

22、0xffffffff,outline,程序的編譯流程程序與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)程序的運(yùn)行方式程序的調(diào)試（GDB）POJ 例子Q&A,程序的調(diào)試（GDB）,Gcc 編譯代碼時(shí)必須加上-g選項(xiàng)，同時(shí)也可以打開(kāi)-Wall選項(xiàng)查看所有的警告信息,gcc的高級(jí)選項(xiàng),-Wall：打開(kāi)所有的警告信息,,根據(jù)警告信息檢查源程序,,Main函數(shù)的返回值為int,在函數(shù)的末尾應(yīng)當(dāng)返回一個(gè)值,修改源程序,,gdb,Gdb = GNU debuge

23、rGNU tools中的調(diào)試器，功能強(qiáng)大設(shè)置斷點(diǎn)監(jiān)視、修改變量單步執(zhí)行顯示/修改寄存器的值堆棧查看遠(yuǎn)程調(diào)試,gdb使用舉例,源代碼如下,編譯:gcc –o bug bug.c,編譯并運(yùn)行,,？？？？,編譯,,,使用gdb調(diào)試bug,運(yùn)行bug,輸入字符串hello,顯示出錯(cuò)位置,能不能看到源代碼呢？,,,,,,使用gcc的-g參數(shù),gcc –g –o bug bug.c重新調(diào)試,列出源代碼,,,,,？怎么修改前面的源代

24、碼呢？,,設(shè)置斷點(diǎn),,,outline,程序的編譯流程程序與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)程序的運(yùn)行方式程序的調(diào)試（GDB）POJ 例子Q&A,POJ 2750雞兔同籠,Description一個(gè)籠子里面關(guān)了雞和兔子（雞有2只腳，兔子有4只腳，沒(méi)有例外）。已經(jīng)知道了籠子里面腳的總數(shù)a，問(wèn)籠子里面至少有多少只動(dòng)物，至多有多少只動(dòng)物Input第1行是測(cè)試數(shù)據(jù)的組數(shù)n，后面跟著n行輸入。每組測(cè)試數(shù)據(jù)占1行，每行一個(gè)正整數(shù)a (a

25、< 32768)Output輸出包含n行，每行對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入,包含兩個(gè)正整數(shù)，第一個(gè)是最少的動(dòng)物數(shù)，第二個(gè)是最多的動(dòng)物數(shù)，兩個(gè)正整數(shù)用一個(gè)空格分開(kāi)如果沒(méi)有滿足要求的答案，則輸出兩個(gè)0。Sample Input2320Sample Output0 05 10,#include using namespace std;int main(){ int nlines; cin >

26、> nlines; while (nlines--) { int legs; cin >> legs; if (legs % 2 == 1) cout << "0 0" << endl; else if (legs % 4 == 0) cout <&