c - 编译后的 c 可执行文件如何知道如何表示特定内存地址处的一系列位？

Question

我知道在编译期间 C 变量被替换为内存地址，并且带有类型信息的符号表无法在编译后继续存在。

我试图了解在编程执行期间如何存储和检索（表示）数据。我了解变量映射到内存地址，并且我的预编译代码指定了类型（位数以及如何读取它们）。但是，如果在代码编译成可执行文件时类型丢失了，机器代码（.exe）如何知道特定内存地址的数据大小以及如何表示这些位？

我见过许多类似的问题，但答案总是被认为 CPU 不关心或不知道这些位系列打算代表什么。然而，这并不是我要问的。我想知道可执行程序如何知道重要的位数以及如果类型（整数、字符、双精度、字符串或位字段）未知，如何读取（表示）它们？

标签： ccompilation

Answer 1

编译器生成机器指令，专门执行它想要的操作。（这可以分多个步骤完成，用编译器自己的语言生成中间代码，然后将其转换为汇编语言，然后将其汇编为机器指令。）

机器指令有特定的形式，例如：

• 从地址 1234 加载 32 位到寄存器 8
• 将寄存器 7 中的 64 位存储到地址 4320 中。
• 从当前程序计数器之外 9000 字节的内存中将 32 位加载到寄存器 3 中。
• 将寄存器 4 中的 8 位存储到堆栈指针之外 124 字节的内存中。
• 从寄存器 3 添加到寄存器 4。
• 比较寄存器 3 和寄存器 4。
• 如果最后一个比较指示有符号大于，则分支。
• 将寄存器 4 的内容右移 5 位（“逻辑上”，填充零）。
• 将寄存器 4 的内容右移 5 位（“算术”，复制符号位）。

因此，如果您的程序正在读取一个char值，编译器会生成一条指令来加载 8 位。如果您的程序正在读取一个int值，编译器会生成一条指令来加载 32 位（假设int在您的 C 实现中是 32 位）。

在许多指令中，处理器不需要知道数据类型是什么。加载 32 位就是加载 32 位，无论这些位是int指针还是指针。即使在添加有符号或无符号整数时，也设计了位模式，以便一个加法指令适用于有符号或无符号整数。

有些指令需要知道数据类型。有符号和无符号整数不能用相同的指令进行比较。对于有符号的 32 位int，位 0xffffffff 表示 -1，小于 0（位 0x00000000），但对于无符号int位，这些位表示大于零的 4,294,967,295。因此，对于x < y，如果它们是有符号的，编译器会生成一条指令，如果它们是无符号的，则编译器会生成一条不同的指令。（实际上，对于多种数据类型可能有一个比较指令，但它会产生多个位，指示各种可能的结果，另一条指令根据结果测试这些位和分支。如果比较指令不是针对数据类型定制的，那么测试和分支指令是。）