备用面试题
作者：互联网
1、C程序代码编译、运行全过程解析
很多嵌入式初学者，不明白一个简单的C语言程序，是如何通过一步步编译、链接变成一个可执行文件的，程序到底是怎么运行的？运行的过程中需要什么环境支持？
今天就跟大家一起捋一捋这个流程，搞清程序编译、链接、加载、运行的整个脉络，以及程序在运行过程中的内存布局、堆栈变化。
- 程序的编译、链接过程
就以hello.c为例：从一个C语言源文件，到生成最后的可执行文件，基本流程如下：
C 源文件：编写一个简单的helloworld程序
预处理：生成预处理后的C源文件 hello.i
编译：将C源文件翻译成汇编文件 hello.s
汇编：将汇编文件汇编成目标文件 hello.o
链接：将目标文件链接成可执行文件
为了加深对这个过程的理解，我们可以在Linux环境下面，通过gcc命令精确控制每一个编译、链接过程
$ gcc -E hello.c > hello.i //会生成预处理后的C源文件hello.i
$ gcc -S hello.i //将hello.i编译成汇编文件hello.s
$ gcc -c hello.s //将汇编文件hello.s汇编成hello.o
$ gcc hello.o -o hello //将目标文件链接成可执行文件hello
$ ./hello // 运行可执行文件hello
- 程序的执行过程
当我们在shell交互环境下敲击 $ ./hello，这个hello程序到底是怎么运行的呢？
很简单。shell会首先通过系统调用fork创建一个子进程，然后从磁盘上将可执行文件hello的代码段、数据段加载(map)到这个子进程的地址空间内，接下来，在操作系统调度器的调度下，各个进程轮流占用CPU，就可以直接执行了。
- 在操作系统层面，对于每一个进程，在内核中都会有一个task_struct的结构体来描述它，里面存储进程的各种信息，各个结构体构成一个链表，操作系统通过调度器来轮流执行每个进程，如上图所示。
- 进程的虚拟空间和物理空间
- 每个进程使用的都是虚拟地址，地址空间0~4G，都是相同的。但是CPU在实际执行过程中，对于每个进程相同的虚拟地址，会映射到物理内存中的不同位置。每个进程都有自己的进程页表，在这个页表里有该进程虚拟地址和物理地址的对应关系。
- CPU内部有一个叫MMU的硬件部件会根据这个映射关系，直接将虚拟地址转换成物理地址，如下图所示。
使用虚拟地址的好处之一就是：为每个进程提供一个独立的、私有的物理地址空间，保护每个进程的空间不会被其它进程破坏。同时通过MMU对内存读写权限进行管理、保障系统的安全运行。如下图所示，每个进程在我们的物理内存(DDR)上，都有各自独立的内存空间：一个进程崩溃了，一般情况下，不会影响到系统，不会影响到其它进程的运行。
- 进程栈
-
栈是C语言运行的基础。没有栈，C语言函数是无法运行的：这是因为函数调用过程中的返回地址、参数传递、函数内的局部变量都是在栈中存储的，没有栈，C语言函数就无法运行。
-
Linux进程中的代码也是由一个个函数组成的，所以在运行进程之前，我们要首先初始化栈，如下图所示：
-
在程序运行过程中，通过栈指针，我们就可以将函数内的局部变量、返回地址保存在栈中。随着函数不断地调用、函数退出，而不断地入栈、出栈。
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栈是一种数据结构，CPU的寄存器一般来讲，在设计的时候，会自动入栈出栈、自动增减栈的地址。比如ARM中的入栈出栈操作，当我们使用push/pop入栈出栈的时候，CPU的寄存器SP，即栈指针会自动增减地址，一直指向栈顶，这些都是指令集的实现，即CPU内部硬件电路的实现。
- 用户栈、内核栈、中断栈
-
在Linux环境下，进程一般分为两种，用户态进程和内核态进程。甭管是什么态，只要你是C语言，运行C代码就必须指定栈，否则C代码就无法运行。所以栈又分为用户栈和内核栈。
-
用户栈的虚拟地址空间在用户空间，内核栈的地址在内核空间。它们都是虚拟地址，最后通过MMU映射到物理内存的不同区域。
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有时候，你还会看到中断栈的字眼，千万别被它吓到。中断程序、中断函数也是C语言，也是妖他妈生的，想运行中断处理程序也必须需要栈的支持，一般这种栈叫做中断栈。它可以使一个独立的中断栈，也可以占用进程栈的空间，跟进程栈共享。
- 小结
- 以上只是简单介绍一下一个C语言从编译、链接、运行、到进程创建、内存堆栈的大致流程。实际过程比这个更复杂一些、更深一些，限于篇幅的关系，很多细节无法一一细讲。
参考：C语言编译链接加载过程
2、变量，常量，静态变量存储的位置
常见的存储区域可分为：
1、栈
由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清除的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。
2、堆
由new分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去控制，一般一个new就要对应一个delete。如果程序员没有释放掉，程序会一直占用内存，导致内存泄漏，在程序结束后，操作系统会自动回收。
3、自由存储区
由malloc等分配的内存块，它和堆是十分相似的，不过它是用free来释放分配的内存。
4、全局/静态存储区
全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的C语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的，在C++里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。
5、常量存储区
这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改（当然，你要通过非正当手段也可以修改）。
- 今天开始看《程序员的自我修养：链接、装载与库》，对ELF文件格式内容进行一下总结，主要分析全局变量，静态变量以及局部变量存放位置。
- ELF文件有很多种：可重定位文件（如静态库），可执行文件，共享文件（动态库），核心转储文件（Core dump file）。
- ELF文件主要有以下段：
.file header
.text section
.data section
.bss section
这里主要分析以下每个字段的内容。
file header字段里存放了描述整个文件的基本属性信息的内容，如程序入口地址，其他各段信息（偏移量和范围）
.text section：主要是编译后的源码指令，是只读字段。
.data section ：初始化后的非const的全局变量变量或者局部static变量。
.bss：未初始化后的非const全局变量和局部static变量。
另外，还有一些其他字段：如.rodata字段和.comment字段分别存放只读数据和注释部分。
用书上提供的例子做测试：
#include <stdio.h>
int global_init_val = 84;//.data
int global_uninit_val;
char b[]="aaa";//.data
char c[]="dddd";//.data
const char e[]="yyyy";//g++:not found gcc:.rodata
const int a = 0x555555;//g++:not found gcc:.rodata
void func1(int i)
{
char * a ="abab";//.rodata
const char c[] = "eeee";//.text(len >3)
char b[] = "ddd";//.rodata(len <=3)
char d[] = "xxxx";//.text(>3 ?)
printf("%d/n",i);
}
int main()
{
static int static_var = 85;//.data
static int static_var2;
int a = 1;
int b;
func1(static_var+static_var2 + a+b);
return a;
}
经过objdump测试.o文件：
所有的初始化后的非const的全局变量变量或者局部static变量都放在.data段
而在g++下：
- const的全局变量或者static变量则不可见（猜想可能是编译时作为优化存放在寄存器中 ？）
在gcc下：
- const的全局变量或者static变量存放在.rodata和.text中，都是作为只读变量来存放的。
参考：全局变量，静态变量以及局部变量存放位置
参考：
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标签：面试题,变量,C语言,static,内存,进程,hello,备用 来源： https://blog.csdn.net/juluwangriyue/article/details/118500172