《程序是怎样跑起来的》学习笔记

前言

《程序是怎样跑起来的》是日本作者矢泽久雄的著作。这本书我已经是第3遍看了，每次看都会有些不同的感受。这本书适合有一定编程基础后再来看，适合进一步提升编程技能的初级程序员。每次看，对某一些章节会有新的体会，故记录下来，以后有新的感受再补充进来。

1. 对程序员来说CPU是什么

1.1. CPU的内部结构解析

控制器：负责把内存上的指令和数据读入寄存器，并根据执行的执行结果控制计算机。
运算器：运算从内存读入寄存器的数据。
寄存器：暂存指令和数据的的地方，可看做内存的一种。
时钟：发出CPU开始计时的时钟信号，时钟信号频率越高，CPU运行越快。

1.2. CPU是寄存器的集合体

程序是把寄存器作为对象描述的。
程序计数器：决定程序流程；存储下一条指令所在内存的地址
标志寄存器：存储运算处理后的CPU的状态
基址寄存器：存储数据内存的起始地址
变址寄存器：存储基址寄存器的相对地址
累加寄存器：存储执行运算的数据和运算后的数据
指令寄存器：存储指令。CPU内部使用，程序员无法通过程序对该寄存器进行读写操作。
栈寄存器：存储栈区域的起始地址。
通用寄存器：存储任意数据

1.3. 决定程序流程的程序计数器

1.4. 条件分支和循环机制

1.5. 函数的调用机制

【机器语言中call指令】

• 函数调用使用的是call指令，而不是跳转指令
• 在将函数入口地址设定到程序计数器之前，call指令会把调用函数后要执行的指令地址存储在名为栈的主存内。

【机器语言中的return指令】

• 函数处理完成后，再通过函数的出口来执行return命令。
• return命令的功能是把保存在栈中的地址设定到程序计数器中。

【跳转指令和call&return指令的区别】

• 跳转指令不涉及栈
• call和return涉及栈

1.6. 通过地址和索引实现数组

1.7. CPU的处理方式其实很简单

2. 数据是二进制数表示的

2.1. 用二进制数表示计算机信息的原因

字节是信息的基本单位

2.2. 什么是二进制数

2.3. 移位运算和乘除运算的关系

• 左增右减
• 可以替代乘除法

4. 便于计算机处理的"补数“

计算机在做减法时，实际上内部在做加法运算。
【补数】

• 表示负数
• 补数就是用正数表示负数
• 补数的计算方式：取反加1
• 将二进制数的值取反加1的结果，和原来的值相加，结果为0。即一个数和它的补数相加为0。

2.5. 逻辑右移和算数右移的区别

左移时逻辑左移和算数左移都只需要在空出来的低位补0即可；右移时算数右移和逻辑右移有区别。
逻辑右移：移位后，需要在空出来的高位补0。
算数右移：移位后，需要在空出来的高位补符号位的值（0或者1），正数补0，负数补1。

2.6. 掌握逻辑运算的窍门

3. 计算机进行小数运算时出错的原因

3.1. 将0.1累加100次也得不到10

3.2. 用二进制数表示小数

3.3. 计算机运算出错的原因

3.4. 什么是浮点数

浮点数：用符号、尾数、基数和指数这四部分来表示的小数。

3.5. 正则表达式和EXCESS系统

3.6. 在实际的程序中进行确认

3.7. 如何避免计算机计算出错

• 回避策略
• 小数转换为整数
• BCD方法

2.8. 二进制数和十六进制数

4. 熟练使用有棱有角的内存

4.1 链表使元素的追加和删除更容易

4.2 二叉查找树使数据搜索更有效

5. 内存和磁盘的亲密关系

5.1 不读入内存就无法运行

5.2 虚拟内存把磁盘作为部分内存来使用

5.3 节约内存的编程方法

• 通过DLL文件实现函数共有
• 通过调用_stdcall来减小程序文件的大小

6. 亲自尝试压缩数据

6.1 文件以字节为单位保存

6.2 用二叉树实现霍夫曼编码

7. 程序是在何种环境中运行的

8. 从源文件到可执行文件

8.1 计算机只能运行本地代码

8.2 程序加载时会生成栈和堆

栈：用来存储函数内部临时使用的变量（局部变量），及函数调用时所用的参数的内存区域。
堆：用来存储程序运行时的任意数据及对象的内存区域
相同点：内存空间都是程序运行时得到申请分配
不同点：栈的数据的内存空间由编译器自动申请和释放，不需要程序员负责；堆的内存空间需要根据程序员编写的程序，来明确申请和释放，这就极容易造成内存泄漏。

9. 操作系统和应用的关系

10. 通过汇编语言了解程序的实际构成

本书最重要的一章，可以多看几遍。

10.1 函数的调用机制

10.2 函数内部的处理

函数的参数是通过栈来传递，返回值是通过寄存器来返回的。

10.3 始终确保全局变量用的内存空间

10.4 临时确保局部变量用的内存空间

10.5 循环处理、条件分支的实现方法

高级语言的循环处理和条件分支在汇编语言里面都会用到cmp指令和跳转指令。

10.6 了解程序运行方式的必要性

11. 硬件控制方法

12. 让计算机“思考”