Krito's Blog

头文件的缺陷 长期以来，#include 指令一直是我们从C++库中导入功能和组织更大项目的主要方式。然而，这是一种过于粗糙的方法，实际上是将所有代码从一个源文件复制并粘贴到另一个源文件中。正如我们之前讨论的，这有一些问题： 一个源文件可以被多次包含进同一个目标文件，这促使我们总是要实现像 #pragma once 这样的头文件保护。 巨大的代码量可以被粘贴到我们的文件中，导致编译时间比必要的时间更长。在更大的项目中，这迫使我们采取更多的手动解决方法来保持编译时间的降低，比如维护预编译头文件。 预处理器的粗糙性可能导致难以追踪的微妙错误，例如我们的程序根据我们的 #include 指令的顺序表现出不同的行为。 减少对预处理器的依赖是C++社区的持续使命。在C++20规范中，引入了 #include 指令的替代品。它们被称为模块。 在C++20中，模块是一种新的代码组织方式，旨在解决传统头文件（使用 #include 指令包含的文件）所带来的一些问题。模块提供了一种更高效、更安全的方式来包含和使用代码，它们通过使用新的 module 和 import 关键字来实现。使用模块可以减少编 ...

这一章主要介绍文法，并且快速游览一下下图所示的编译器前端模型。 上下文无关文法 用于描述程序设计语言语法的表示方法——“上下文无关文法“，简称“文法”。文法被用于组织编译器前端。 产生式 文法自然地描述了大多数程序设计语言构造的层次化语法结构。例如，java中的if-else语句通常有如下形式 1if(expression) statement else statement 我们用变量expr表示表达式，用变量stmt表示语句，那么这个构造规则可以表示为 1stmt -> if(expr) stmt else stmt 其中->，可以读作“可以具有如下形式”。这样的规则称为产生式(production)。在一个产生式中，像if和括号这样的词法元素称为终结符号（可以简单理解成token，组成语句的基本单位）。像expr和stmt这样的变量表示终结符号的序列，它们称为非终结符号（nonterminal）（可以简单认为多个token组成的语句/表达式）。 文法定义 一个上下文无关文法由四个元素组成： 一个终结符号集合，也称为“词法单元”。终结符号是该文法所定义的语言的基本符号 ...

CPU只能直接理解机器码。所有的编程语言必须经历下面其中一步： 解释：通过软件执行。编译：通过软件翻译成机器码。 源代码被编译成可执行文件的过程中发生了什么？ 预处理器：将源代码的头文件进行展开，并且进行宏替换。生成.i文件。 编译器：将.i文件编译成汇编文件.s 汇编器：将汇编文件编译为目标机器码(.o,.obj) 链接器：链接动态库/静态库和目标文件，组成可执行文件.exe 基础的编译器优化 目标 最小化指令条数 不要多次执行计算 不进行不必要的计算 避免使用开销较大的指令 避免访问内存 尽可能使用寄存器 以缓存友好的方式访问内存 尽早且一次从内存加载数据 避免分支 在任何时候，不做不必要的判断 使CPU更容易预测分支目的 循环展开 局限性 通常不能提升算法的复杂度 只能改善常数因子，但是也能提升10倍甚至更多 不能引起程序行为的任何改变 程序员可能不关心边界情况，但是编译器不知道 例外：编程语言可能声明某些改变是可以接受的 通常只分析一个函数 分析整个程序的成本太高 不能预测运行时输入 “最坏情况“的性能和“正常”性能一样重要 特别是对暴露于恶意输入的代 ...

前置知识 汇编，过程调用，栈帧等。 phase_1 在第一问中，无需注入新的代码，我们只用直接调用已经存在的函数touch1()即可。如果看懂了Machine-Level Programming V: Advanced Topics这将会非常容易实现，我们只需要几个简单的步骤即可。 首先，我们需要知道getbuf函数栈帧的位置。 1234567Dump of assembler code for function getbuf: 0x00000000004017a8 <+0>: sub $0x28,%rsp 0x00000000004017ac <+4>: mov %rsp,%rdi 0x00000000004017af <+7>: call 0x401a40 <Gets> 0x00000000004017b4 <+12>: mov $0x1,%eax 0x00000000004017b9 <+17>: add $0x28,%rsp ...

内存布局 x86-64 Linux 内存布局 栈：Runtime stack(8MB limit)，用来存储局部变量等。 堆：根据需要动态进行分配。在调用malloc()，calloc()，new()时，在堆上进行内存分配。 数据段(data)：静态地分配数据。如：全局变量，静态变量，字符串常量。 文本段/共享存储区(text/shared Libraries)：可执行的机器指令（只读）。 让我们看一个例子 12345678910111213char big_array[1L<<24]; /* 16MB */char huge_array[1L<<31]; /* 2GB */int gobal = 0;int useless() { return 0; }int main() { void *phuge1, *psmall2, *phuge3, *psmall4; int local = 0; phuge1 = malloc(1L<<28); psmall2 = malloc(1L<< ...

Arrays Array Allocation Basic Principle：T A[L]; Array of data type T and length L Contiguously allocated region of L*sizeof(T) bytes in memory Array Access 1int val[5] = {1, 5, 2, 1, 3}; 表达式 类型 值或含义 val[4] int 3 val int * x val+1 int * x+4 &val[2] int * x+8 val[5] int ?? *(val+1) int 5 val + i int * x+4*i Example 12345#define ZLEN 5typedef int zip_dig[ZLEN];zip_dig cmu = {1,5,2,1,3};zip_dig mit = {0,2,1,3,9};zip_dig ucb = {9,4,7,2,0 ...

前置知识 常见的汇编指令，特别是各种跳转指令的区别。 http://unixwiz.net/techtips/x86-jumps.html 基础的gdb调试操作，汇编调试（tui）。 phase_1 1234567891011(gdb) disassemble phase_1Dump of assembler code for function phase_1: 0x0000000000400ee0 <+0>: sub $0x8,%rsp 0x0000000000400ee4 <+4>: mov $0x402400,%esi 0x0000000000400ee9 <+9>: call 0x401338 <strings_not_equal> 0x0000000000400eee <+14>: test %eax,%eax 0x0000000000400ef0 <+16>: je 0x400ef7 <phase_1+23> ...

x86-64 Stack Region of memory managed with stack discipline.Grows toward lower address.Register %rsp contains lowest stack address.(address of “top” element) Push pushq Src Fetch operand at Src Decrement %rsp by 8 Write operand at address given by %rsp Pop popq Dest Read Value at address given by %rsp Increment %rsp by 8 Store value at Dest (must be register) Calling Conventions Passing control 在下面的C程序中，我们在main函数调用了multsotre,在multsotre中调用了mult2。我们通过这个例子来观察函数调用的过程。 12345678910111213141516#inc ...

Control: Condition codes Processor State(x86-64,Partial) Information about currently executing program Temporary data(%rax, …) Location of runtime stack(%rsp) Location of current code control point(%rip,…) Status of recent tests(CF,ZF,SF,OF) Condition Codes(Implicit Setting) Single bit registers Example: addq Src,Dest <-> t = a + b CF Carry Flag(for unsigned): if carry out from most significant bit(unsigned overflow) ZF Zero Flag: set if t == 0 SF Sign Flag(for signed): set if t < 0 ...

隐式转换 C++语言不会直接将两个不同类型的值相加，而是先根据类型转换规则设法将运算对象的类型统一后再求值。上述的类型转换是自动执行的，无须程序员的主动介入，因此，它们被称作隐式转换。 1int ival = 3.5 + 3 // 编译器警告，精度丢失 算术类型之间的隐式转换被设计得尽可能避免损失精度。比如在表达式中既有int，也有double时，int会转化为double，然后执行浮点数的加法，最后得到double。将double用于初始化int时，加法运算得到的double类型转化成int类型的值，这个值被用来初始化ival。 何时发生？ 在大多数表达式中，小的整型值首先提示为较大的整数类型。 在条件中，非布尔值转换为布尔类型。 初始化过程中，初始值转换成变量的类型；在赋值语句中，右侧运算对象转换成左侧运算对象的类型。 如果算术运算或关系运算的运算对象有多种类型，需要转换成同一中类型。 函数调用时也会发生类型转换。 算术转换 算术转换的含义是把一种算术类型转换成另外一种算术类型。算术转换的规则定义了一套类型转换的层次，其中运算符的运算对象将转换成最宽的类型。当表达式中既有浮点类 ...