0.导读
假设一个C程序，有两个文件 p1.c和 p2.c。我们用Unix命令行编译这些代码:
linux> gcc -og -o p pi.c p2.c
命令 gcc指的就是GCCC编译器。因为这是Linux上默认的编译器，我们也可以简单地用cc来启动它。编译选项-Og告诉编译器使用会生成符合原始C代码整体结构的机器代码的优化等级。使用较高级别优化产生的代码会严重变形，以至于产生的机器代码和初始源代码之间的关系非常难以理解。因此我们会使用-Og 优化作为学习工具，然后当我们增加优化级别时，再看会发生什么。实际中，从得到的程序的性能考虑，较高级别的优化(例如，以选项-O1或-O2指定)被认为是较好的选择。
实际上gcc命令调用了一整套的程序，将源代码转化成可执行代码。首先，C预处理器扩展源代码，插人所有用#include命令指定的文件，并扩展所有用#define声明指定的宏。其次，编译器产生两个源文件的汇编代码，名字分别为p1.s和p2.s。接下来，汇编器会将汇编代码转化成二进制目标代码文件p1.o和p2.o。目标代码是机器代码的一种形式，它包含所有指令的二进制表示，但是还没有填入全局值的地址。最后，链接器将两个目标代码文件与实现库函数(例如printf)的代码合并，并产生最终的可执行代码文件p(由命令行指示符-o p指定的)。可执行代码是我们要考虑的机器代码的第二种形式，也就是处理器执行的代码格式。我们会在第7章更详细地介绍这些不同形式的机器代码之间的关系以及链接的过程。
1.机器级代码
正如在1.9.3节中讲过的那样，计算机系统使用了多种不同形式的抽象，利用更简单的抽象模型来隐藏实现的细节。对于机器级编程来说，其中两种抽象尤为重要。第一种是由指令集体系结构或指令集架构(Instruction Set Architecture，ISA)来定义机器级程序的格式和行为，它定义了处理器状态、指令的格式，以及每条指令对状态的影响。大多数ISA，包括x86-64，将程序的行为描述成好像每条指令都是按顺序执行的，一条指令结束后，下一条再开始。处理器的硬件远比描述的精细复杂，它们并发地执行许多指令，但是可以采取措施保证整体行为与ISA指定的顺序执行的行为完全一-致。第二种抽象是，机器级程序使用的内存地址是虚拟地址，提供的内存模型看上去是一个非常大的字节数组。存储器系统的实际实现是将多个硬件存储器和操作系统软件组合起来，这会在第9章中讲到。
在整个编译过程中，编译器会完成大部分的工作，将把用C语言提供的相对比较抽象的执行模型表示的程序转化成处理器执行的非常基本的指令。汇编代码表示非常接近于机器代码。与机器代码的二进制格式相比，汇编代码的主要特点是它用可读性更好的文本格式表示。能够理解汇编代码以及它与原始C代码的联系，是理解计算机如何执行程序的关键一步。
x86-64的机器代码和原始的C代码差别非常大。一些通常对C语言程序员隐藏的处理器状态都是可见的:
- 程序计数器(通常称为“PC”，在x86-64中用%rip表示)给出将要执行的下一条指令在内存中的地址。
- 整数寄存器文件包含16个命名的位置，分别存储64位的值。这些寄存器可以存储地址(对应于C语言的指针)或整数数据。有的寄存器被用来记录某些重要的程序状态，而其他的寄存器用来保存临时数据，例如过程的参数和局部变量，以及函数的返回值。
- 条件码寄存器保存着最近执行的算术或逻辑指令的状态信息。它们用来实现控制或数据流中的条件变化，比如说用来实现if和 while语句。
- 一组向量寄存器可以存放一个或多个整数或浮点数值。
