[学习笔记]《CSAPP》深入理解计算机系统 - Chapter 3 程序的机器级表示

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总结一些第三章的一些关键信息

Chapter 3 程序的机器级表示
- 结构
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Chapter 3 程序的机器级表示

局部变量通常保存在寄存器中，而不是内存中，访问寄存器比内存快的多.
有些时候，局部数据必须存放在内存中，
- 寄存器不足够存放所有的本地数据
- 对一个局部变量使用地址运算符 &, 因此必须能够为它产生一个地址
- 某些局部变量是数组或结构，因此必须能够通过数组或结构引用被访问到。
C 语言中所谓的“指针”其实就是地址。
在 x86-32 中，程序栈存放在内存中的某个区域，栈向下增长。(栈顶在低地址处)
switch 使用跳转表(jump table)来实现的。(一般在开关情况多，比如4个以上时，会用跳转表)
寄存器是唯一被所有过程共享的资源，过程可以理解成函数调用…根据惯例，%rbx、%rbp和%r12~%~15被划分为“被调用者”保存的寄存器。当过程P调用过程Q时，Q必须保存这些寄存器的值，保证他们的值在Q返回到P时，与Q被调用时是一样的
- Q: 多次调用怎么办？ A：P 把之前的值保存在栈上

结构

结构的所有组成部分都存放在内存中一段连续的区域内，而指向结构的指针就是结构第一个字节的地址。编译器维护关于每个结构类型的信息，指示每个字段(filed)
的字节偏移。它以这些偏移作为内存引用指令中的位移，从而产生对结构元素的引用。

动态确定和静态编译确定的简要理解：

如果是数组 a[10], 这个就是静态编译确定的，并且保存在栈帧中。而如果是a[n], 然后根据传入的n的数值通过 malloc等方式申请内存，就是动态的，并且保存在堆中, 由指针保存对应内存的地址。
代码段：保存可执行文件中的机器指令
数据段：保存全局变量和静态变量
堆：动态内存分配保存，比如 malloc
栈：用于存储局部变量和函数调用的上下文信息。

在计算机科学中，上下文信息（Context）指的是在某个特定时刻，程序执行所需的全部状态信息。对于函数调用而言，上下文信息包括了所有必要的数据，使得函数调用能够正确执行，并在执行完毕后能够恢复到调用前的状态。具体来说，函数调用的上下文信息通常包括：参数传递：函数所需的参数值，这些参数可能通过寄存器或栈来传递。返回地址：当函数执行完毕后，需要返回到调用者的位置，返回地址就是调用者在函数调用后的下一条指令的地址。局部变量：函数内部声明的局部变量的存储空间。寄存器保存：在函数调用前后，需要保存和恢复某些寄存器的值，以保证函数调用不会影响调用者的环境。栈帧指针：在多层函数调用的情况下，每个函数都有自己的栈帧，栈帧指针（如基指针 rbp 或帧指针 ebp 在 x86 架构中）用于指向当前函数的栈帧，以便能够访问局部变量和其他上下文信息。程序状态：包括程序计数器（PC）和其他状态寄存器，如程序状态字（PSW）或标志寄存器（FLAGS），它们记录了程序的执行状态。在函数调用时，调用者会将这些上下文信息保存到栈中，通常是通过一系列的 push 指令来完成。被调用的函数在执行前，会创建自己的栈帧，这通常涉及到将当前的栈指针（如 rsp 或 esp）移动到新的栈帧位置。函数执行完毕后，会通过 pop 指令或 ret 指令来恢复调用者的上下文信息，包括返回地址和寄存器状态，然后继续执行调用者的代码。上下文切换（Context Switching）是操作系统在多任务环境中，从一个任务切换到另一个任务的过程，这个过程也需要保存和恢复任务的上下文信息。