鎮(zhèn)江網(wǎng)站制作費用,什么是網(wǎng)絡(luò)營銷?有何特點,廣州智能模板建站,百度公司地址在哪里引言#xff1a;一個打印語句的萬里長征當(dāng)你寫下簡單的 std::cout Hello World 時#xff0c;可曾想過這行代碼的內(nèi)部原理及過程是怎么樣的#xff1f;從高級的C語法到底層的機器指令#xff0c;中間隔著三層關(guān)鍵的翻譯官#xff1a;lib…引言一個打印語句的萬里長征當(dāng)你寫下簡單的std::cout Hello World時可曾想過這行代碼的內(nèi)部原理及過程是怎么樣的從高級的C語法到底層的機器指令中間隔著三層關(guān)鍵的翻譯官libstdc.so、libc.so和Linux系統(tǒng)調(diào)用API。今天我們就來聊聊三者之間精妙的分工與協(xié)作關(guān)系。一、總體架構(gòu)層層封裝的精妙設(shè)計二、3位翻譯官的職責(zé)詳解2.1Linux系統(tǒng)調(diào)用API與內(nèi)核對話的原始語言據(jù)統(tǒng)計內(nèi)核大約提供了近300個基礎(chǔ)系統(tǒng)調(diào)用syscall每一個系統(tǒng)調(diào)用對應(yīng)一個唯一編號(如write1, read0), 通過特殊指令syscall觸發(fā)從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)的切換。但是內(nèi)核提供的接口原始參數(shù)簡單執(zhí)行開銷大(需要上下文切換)如下代碼所示:// 直接使用系統(tǒng)調(diào)用的原始方式 long syscall(long number, ...); // 寫入文件的系統(tǒng)調(diào)用 // syscall(1, fd, buffer, count); // 1是write的系統(tǒng)調(diào)用號2.2libc.so系統(tǒng)調(diào)用的文明包裝glibcGNU C library是linux系統(tǒng)中最核心、最基礎(chǔ)的庫它也是連接應(yīng)用程和linux內(nèi)核的橋梁。它實現(xiàn)了 ISO C 標(biāo)準如 C11, C17所規(guī)定的所有標(biāo)準庫函數(shù)例如我們經(jīng)常使用的一些函數(shù)基本都是實現(xiàn)于此(printf輸出、scanf輸入、malloc、free內(nèi)存管理調(diào)用接口)等等。當(dāng)你的程序需要請求操作系統(tǒng)內(nèi)核提供服務(wù)時例如打開文件、創(chuàng)建進程、申請內(nèi)存你不會直接使用復(fù)雜且不安全的系統(tǒng)調(diào)用指令。glibc 提供了封裝好的、更易用的函數(shù)如open(),fork(),brk()來替你完成這些底層調(diào)用。在 Linux 系統(tǒng)上幾乎每一個運行的程序無論是用 C、C、Python、Perl 還是 Go 編寫的最終都直接或間接地依賴于 glibc。你可以使用命令ldd /bin/ls查看任意可執(zhí)行文件幾乎都能找到libc.so.6glibc 的核心動態(tài)庫文件。另外一個重要的點是glibc 的版本非常重要。一個程序在編譯時會綁定到某個特定版本的 glibc。如果你嘗試在一個 glibc 版本更老的系統(tǒng)上運行一個用新版本 glibc 編譯的程序通常會報錯*** /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6: version ‘GLIBC_2.xx’ not foundglibc中的write函數(shù)偽代碼如下// glibc的write()函數(shù)內(nèi)部做了大量工作 ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count) { // 1. 參數(shù)驗證和邊界檢查 // 2. 線程安全鎖如果是多線程環(huán)境 // 3. 緩沖管理可能合并多次小寫操作 // 4. 執(zhí)行syscall指令進入內(nèi)核 // 5. 將內(nèi)核錯誤碼轉(zhuǎn)換為errno // 6. 特殊處理如被信號中斷時重試 // 7. 返回結(jié)果或設(shè)置errno }2.3libstdc.so面向?qū)ο蟮膬?yōu)雅外衣libstdc.so是GCC編譯器的C標(biāo)準庫實現(xiàn)它主要是針對c標(biāo)準c 11/13/17或者更新是實現(xiàn)封裝庫函數(shù)給c程序調(diào)用。當(dāng)然還有其它編譯器廠商比如Microsoft Visual C平臺的MSVC編譯器通常是Microsoft的C標(biāo)準庫msvcp140.dll、vcruntime140.dll、Clang編譯器通常使用LLVM的libc也稱為libc作為其C標(biāo)準庫。對于c標(biāo)準庫而言它在glibc的基礎(chǔ)上抽象了一層提供了RAII、異常安全、模板等現(xiàn)代C特性。示例偽代碼如下:???????// C的優(yōu)雅背后是C的樸實 std::ofstream file(data.txt); file 數(shù)據(jù) std::endl; // 這行代碼背后 // 實際上可能轉(zhuǎn)換為 // 1. 構(gòu)造字符串流 // 2. 處理locale和編碼 // 3. 調(diào)用file.rdbuf()-sputn() // 4. 最終調(diào)用libc的write() // 5. 異常處理如果啟用三、實戰(zhàn)演練跟蹤一個完整調(diào)用鏈1. 創(chuàng)建并寫入文件???????// C代碼 #include fstream int main() { std::ofstream file(example.txt); file Hello from C!; return 0; }2. 編譯g -o myprogram myprogram.cpp3. 使用工具追蹤實際的執(zhí)行路徑???????# 1. 查看程序依賴的庫 $ ldd ./myprogram linux-vdso.so.1 (0x00007ffe567a0000) libstdc.so.6 /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc.so.6 libc.so.6 /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 # ← 注意依賴關(guān)系 libm.so.6 /lib/x86_64-linux-gnu/libm.so.6 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 # 2. 用ltrace跟蹤庫函數(shù)調(diào)用 $ ltrace -e std::* ./myprogram std::ios_base::Init::Init() 0 std::ofstream::ofstream(example.txt, 16) 0 std::operator(0x55a1f4f0c340, Hello from C!) 0x55a1f4f0c340 ... # 3. 用strace跟蹤系統(tǒng)調(diào)用 $ strace ./myprogram 21 | grep -E open|write|close openat(AT_FDCWD, example.txt, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666) 3 write(3, Hello from C!, 15) 15 close(3) 04. 完整調(diào)用鏈???????std::ofstream構(gòu)造函數(shù) [libstdc] ↓ std::basic_filebuf::open() [libstdc] ↓ __open() 或類似內(nèi)部函數(shù) [libstdc] ↓ open() [libc] → 實際調(diào)用openat()系統(tǒng)調(diào)用 ↓ openat系統(tǒng)調(diào)用 [內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用號257]四、深度對比三者的本質(zhì)區(qū)別維度Linux系統(tǒng)調(diào)用libc (glibc)libstdc抽象級別硬件/內(nèi)核抽象操作系統(tǒng)抽象編程語言抽象主要目標(biāo)資源訪問控制可移植性易用性面向?qū)ο箢愋桶踩e誤處理返回錯誤碼設(shè)置errno變量拋出C異常內(nèi)存管理提供brk/mmap實現(xiàn)malloc/free實現(xiàn)new/deleteRAII線程支持提供clone等原語實現(xiàn)pthreads接口提供std::thread典型開銷數(shù)百CPU周期數(shù)十CPU周期數(shù)到數(shù)十周期