上一篇「CPU 提供了什么」中,咱们了解了物理的层面的 CPU,为咱们提供了什么。程序员
本篇,咱们介绍下高级语言「C 语言」是如何在物理 CPU 上面跑起来的。segmentfault
C 语言做为高级语言,为程序员提供了更友好的表达方式。在我看来,主要是提供了如下抽象能力:函数
构建一个良好的示例代码,能够很好帮助咱们去理解。
下面的示例里,咱们能够看到 变量 和 函数 都用上了。优化
#include "stdio.h" int add (int a, int b) { return a + b; } int main () { int a = 1; int b = 2; int c = add(a, b); printf("a + b = %d\n", c); return 0; }
毫无心外,咱们获得了指望的 3
。编码
$ gcc -O0 -g3 -Wall -o simple simple.c $ ./simple a + b = 3
咱们仍是用 objdump
来看看,编译器生成了什么代码:3d
call
指令,参数则是函数对应那一段机器指令的第一个指令地址。$ objdump -M intel -j .text -d simple # 截取其中最重要的部分 000000000040052d <add>: 40052d: 55 push rbp 40052e: 48 89 e5 mov rbp,rsp 400531: 89 7d fc mov DWORD PTR [rbp-0x4],edi 400534: 89 75 f8 mov DWORD PTR [rbp-0x8],esi 400537: 8b 45 f8 mov eax,DWORD PTR [rbp-0x8] 40053a: 8b 55 fc mov edx,DWORD PTR [rbp-0x4] 40053d: 01 d0 add eax,edx 40053f: 5d pop rbp 400540: c3 ret 0000000000400541 <main>: 400541: 55 push rbp 400542: 48 89 e5 mov rbp,rsp 400545: 48 83 ec 10 sub rsp,0x10 400549: c7 45 fc 01 00 00 00 mov DWORD PTR [rbp-0x4],0x1 400550: c7 45 f8 02 00 00 00 mov DWORD PTR [rbp-0x8],0x2 400557: 8b 55 f8 mov edx,DWORD PTR [rbp-0x8] 40055a: 8b 45 fc mov eax,DWORD PTR [rbp-0x4] 40055d: 89 d6 mov esi,edx 40055f: 89 c7 mov edi,eax 400561: e8 c7 ff ff ff call 40052d <add> 400566: 89 45 f4 mov DWORD PTR [rbp-0xc],eax 400569: 8b 45 f4 mov eax,DWORD PTR [rbp-0xc] 40056c: 89 c6 mov esi,eax 40056e: bf 20 06 40 00 mov edi,0x400620 400573: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0 400578: e8 93 fe ff ff call 400410 <printf@plt> 40057d: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0 400582: c9 leave 400583: c3 ret 400584: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nop WORD PTR cs:[rax+rax*1+0x0] 40058b: 00 00 00 40058e: 66 90 xchg ax,ax
这个恰好和局部变量的做用域关联起来了:code
这样的话,只须要栈高度恢复,也就意味着被调用函数的全部的临时变量,所有失效了。内存
答案是,不必定。
上面咱们是经过 -O0
编译的,接下来,咱们看下 -O1
编译生成的机器码。作用域
此时的局部变量直接放在寄存器里了,不须要写入到栈空间了。
不过,此时 main
都已经再也不调用 add
函数了,由于已经被 gcc 内联优化了。
好吧,构建个合适的用例也不容易。get
000000000040052d <add>: 40052d: 8d 04 37 lea eax,[rdi+rsi*1] 400530: c3 ret 0000000000400531 <main>: 400531: 48 83 ec 08 sub rsp,0x8 400535: be 03 00 00 00 mov esi,0x3 40053a: bf f0 05 40 00 mov edi,0x4005f0 40053f: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0 400544: e8 c7 fe ff ff call 400410 <printf@plt> 400549: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0 40054e: 48 83 c4 08 add rsp,0x8 400552: c3 ret 400553: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nop WORD PTR cs:[rax+rax*1+0x0] 40055a: 00 00 00 40055d: 0f 1f 00 nop DWORD PTR [rax]
咱们用以下命令,关闭 gcc 的内联优化:
gcc -fno-inline -O1 -g3 -Wall -o simple simple.c
再来看下汇编代码,此时的机器码就符合理想的验证结果了。
000000000040052d <add>: 40052d: 8d 04 37 lea eax,[rdi+rsi*1] 400530: c3 ret 0000000000400531 <main>: 400531: 48 83 ec 08 sub rsp,0x8 400535: be 02 00 00 00 mov esi,0x2 40053a: bf 01 00 00 00 mov edi,0x1 40053f: e8 e9 ff ff ff call 40052d <add> 400544: 89 c6 mov esi,eax 400546: bf f0 05 40 00 mov edi,0x4005f0 40054b: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0 400550: e8 bb fe ff ff call 400410 <printf@plt> 400555: b8 00 00 00 00 mov eax,0x0 40055a: 48 83 c4 08 add rsp,0x8 40055e: c3 ret 40055f: 90 nop
call
指令,意思是接下来跳转到执行这一段机器指令。