程序在计算机中的存储和运行过程

首先，看如下最简单的C语言Helloword的代码
1#include <stdio.h>
2
3int main()
4{
5printf("hello, world\n");
6}
上面的代码我们保存在helloworld.c文件中。

其本质实际上是由0、1的比特（位）序列构成的。

8位为一个字节。

每个字节对应某个文本字符。

不少系统用ASCII来表示文本字符。

实际是由一个唯一的同字节大小的整数值来表示每个字符。

下面给出helloworld.c的ASCII表示。

# i n c l u d e <sp> < s t d i o .
35 105 110 99 108 117 100 101 32 60 115 116 100 105 111 46
h > \n \n i n t <sp> m a i n ( ) \n {
104 62 10 10 105 110 116 32 109 97 105 110 40 41 10 123
\n <sp> <sp> <sp> <sp> p r i n t f ( " h e l
10 32 32 32 32 112 114 105 110 116 102 40 34 104 101 108
l o , <sp> w o r l d \ n " ) ; \n }
108 111 44 32 119 111 114 108 100 92 110 34 41 59 10 125
以此类推，在计算机系统中，任何介质中的数据都是比特序列。

把他们区分成不同的数据对象，是通过数据对象的上下文来确定的。

程序编译
程序的编译过程如下图所示，分为预处理、编译、汇编、链接等几个阶段。

预处理：预处理相当于根据预处理命令组装成新的C程序，不过常以i为扩展名。

cpp hello.c -o hell.i
编译：将得到的i文件翻译成汇编代码.s文件。

gcc -S hello.i -o hello.s
汇编：将汇编文件翻译成机器指令，并打包成可重定位目标程序的O文件。

该文件是二进制文件，字节编码是机器指令。

as hello.s -o hello.o
链接：将引用的其他O文件并入到我们程序所在的o文件中，处理得到最终的可执行文件。

gcc -o hello hell.o
硬件组成：
从下图中看出一个典型的系统由总线、Cpu、I/O设备、主存等构成。

CPU: Central Processing Unit, ALU: Arithmetic/Logic Unit, PC: Program counter, USB: Universal Serial Bus.
程序执行
我们已经讨论了可执行文件产生的过程。

接下来讨论哈可执行文件执行的过程。

从上面途中的彩色线条可以清晰的看到这个过程，我们简单的把它分为6步。

1.shell程序执行指令，等待用户输入，这里我们输入“hello”。

2.shell程序将字符逐一读到寄存器中
3.再从寄存器取出放到主存中
4.当我们敲入回车时，shell程序得知输入结束，将hello目标文件的代码和数据拷贝到主存，从而加载hello文件数据包括最终被输出的字符串“hello，world\n”.利用了DMA访问技术，数据可不经CPU直接到主存
5.执行主程序中的机器语言指令，将“hello，world\n”串的字节从主存拷贝到寄存器堆。

6.从寄存器中把文件拷贝到显示设备。

1.1 程序是怎样在计算机中运行的
从键盘中读入hello命令，经过shell的解析，shell执行一系列的
指令将hello目标文件中的代码和数据从磁盘中拷贝到主内存当中，
如下图所示：
这个过程会利用DMA技术，不经过CPU数据直接从磁盘拷贝到内存当中
一旦hello目标文件中的代码和数据被加载到了内存当中，处理器就开始执行hello程序中的主程序的机器语言指令，这些指令将“hello world\n”串中的字符从内存中拷贝到寄存器中，再从寄存器中将这些内容拷贝到显示设备上，最终显示在屏幕当中。

静态库和动态库的制作
我们在实际编程工作中肯定会遇到这种情况：有几个项目里有一些函数模块的功能相同，实现代码也相同，也是我们所说的重复代码。

比如，很多项目里都有一个用户验证的功能。

代码段如下：
//UserLogin.h文件，提供函数声明
int IsValidUser(char* username, int namelen);
//UserLogin.c文件，实现对用户信息的验证
int IsValidUser(char* username, int namelen)
{
int IsValid = 0;
/*下面是具体的处理代码，略去*/
return IsValid
}
如果每个项目都保存着这两个UserLogin.h和UserLogin.c文件，会有以下几个
弊端:
1、每个项目里都有重复的模块，造成代码重复。

2、代码的重用性不好，一旦IsValidUser的代码发生了变化，为了保持设计的一致性，我们还要手工修改其他项目里的UserLogin.c文件，既费时又费力，还容易出错。

库文件就是对公共代码的一种组织形式。

为了解决上面两个弊端，就提出了用库文件存放公共代码的解决方案，其要点就是
把公共的（也就是可以被多次复用的）目标代码从项目中分离出来，统一存放到库文件中，项目要用到这些代码的时候，在编译或者运行的时候从库文件中取得目标代码即可。

库文件又分两种：静态库和动态库。

如果程序是在编译时加载库文件的，就是使用了静态库。

如果是在运行时加载目标代码，
就成为动态库。

换句话说，如果是使用静态库，则静态库代码在编译时就拷贝到了程序的代码段，
程序的体积会膨胀。

如果使用动态库，则程序中只保留库文件的名字和函数名，在运行时去查找
库文件和函数体，程序的体积基本变化不大。

静态库的原则是“以空间换时间”，增加程序体积，减少运行时间;
动态库则是“以时间换空间”，增加了运行时间，但减少了程序本身的体积。

静态库的方式
动态链接的方式。