一、深入学习c++先要练好的内功

掌握进程虚拟地址空间区域的划分

课程讲的内容建立在x86 32位的Linux系统下。

任何的编程语言会产生两种东西：指令和数据。磁盘上的可执行文件在启动时都会加载到内存当中，但是不会加载到物理内存中，是放在进程的虚拟地址空间中。

在4g内存中，有3g内存是用户空间，1g内存是内核空间。用户空间分为代码段.text，只读数据段.rodata，数据段.data（存放初始化后的数据），.bss(存放未初始化的数据，操作系统会默认赋值为0),堆，加载共享库，栈，最后是命令行参数和环境变量。内核空间分为三块。

每个进程的用户空间是私有的，但是内核空间是共享的，就有这样一个问题：进程之间的通信方式有哪些？匿名管道通信=》在将通信的内容放在内核空间中。

面试中常问的问题：指令在运行的时候放在内存的哪个区域？代码段.text

从指令角度掌握函数调用堆栈的详细过程

两个问题：

#include<iostream>
using namespace std;

/*
问题1：main函数调用sum，sum执行完后，怎么知道回到哪个函数
问题2：sum执行完，回到main函数之后怎么知道从哪一行继续执行
*/

int sum(int a, int b) {
	int temp = 0;
	temp = a + b;
	return temp;
}

int main() {
	int a = 10;
	int b = 20;

	int ret = sum(10, 20);
	cout << "ret:" << ret << endl;
	return 1;
}

代码在内存中是怎么存在的。在代码运行时会在内存中生成相应的栈帧，保存代码所需的内存。esp为栈顶地址，ebp为栈底地址（为高位地址）。

从main函数开始，代码在内存保存数据，首先是两个赋值语句，被放在栈底的上面，汇编代码为 mov dword ptr[ebp-4], 0Ah。运行到ret的时候，首先将数据存在栈中，然后调用函数，函数会首先push到栈顶，函数的两个参数被从右到左push到栈顶，同时esp会向上移动指向栈顶。然后将函数所在的地址压入栈内，再将ebp压入栈中，为sum函数开辟新的栈帧。

栈帧内的元素默认为0xCCCCCCCC。依旧是按照函数内的指令在内存中存数据。遇到}后会将上方的内存进行出栈，ebp指向原来main函数的地址，esp回到栈顶，实参上面的内容全都不要了。这个时候如果访问到esp上面的地址会报错，但是esp上面的地址中的数据仍然是之前的数据没有删除。

举个例子：

int* func(){
	int data=10;
	return &data;
}//这个内存是不安全的，保存在栈顶开辟的内存中，虽然函数调用之后不会马上消失，但是如果调用新函数这个内存中的数据就会随着新函数改变

int* p=func();//如果后面调用新函数，这个操作就会失效
cout<<*p<<endl;

从编译器角度理解c++代码的编译和链接原理

首先明确的是c++代码在生成为可执行文件的过程中要经过编译和链接两个过程。

• 一、编译过程

  • 预编译
  • 编译
  • 汇编

  编译过程结束后会生成一个二进制可重定位的目标文件（*.obj)

  .obj文件的格式组成是什么？ 是由elf文件头和上节中讲到的.data .bss等段组成。

  此时在该文件中还没有分配虚拟地址，但是在指令中地址被设置为000000。同时在该文件中声明的代码被放置在UND段表示没有定义。

• 二、链接过程（将编译完成所有.obj文件和静态库文件链接成可执行文件）

  • 将所有.obj文件段合并，符号表合并，进行符号解析 （对.data .bss等各个段进行合并）
  • 符号的重定位 符号解析成功以后=》给所有符号分配虚拟地址

  生成可执行文件。执行的时候在cpu对虚拟地址进行映射，映射到物理地址中

  符号解析：对所有符号的引用，都要找到该符号定义的地方。就是找到定义UND段的地方。

  .exe/.out文件的格式组成是什么？：与.obj文件相比，多了一个program header。该header段中有两个load=》告诉系统运行这两个程序的时候把哪些内容加载到内存当中。

extern int gdata;//这句话是声明，告诉编译器去别的文件中找gdata的定义。

上图是程序在磁盘中的存在形式和执行的过程。