细说：程序运行的环境和运行过程，再看不懂请自行面壁

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编译器的任务，是要生成能够在计算机上运行的代码，但要生成代码，我们必须对程序的运行环境和运行机制有比较透彻的了解。

你要知道，大型的、复杂一点儿的系统，比如像淘宝一样的电商系统、搜索引擎系统等等，都存在一些技术任务，是需要你深入了解底层机制才能解决的。比如淘宝的基础技术团队就曾经贡献过，Java 虚拟机即时编译功能中的一个补丁。

这反映出掌握底层技术能力的重要性，所以，如果你想进阶成为这个层次的工程师，不能只学学上层的语法，而是要把计算机语言从上层的语法到底层的运行机制都了解透彻。

文本我会对计算机程序如何运行，做一个解密，话题分成两个部分：

1. 了解程序运行的环境，包括 CPU、内存和操作系统，探知它们跟程序到底有什么关系。
2. 了解程序运行的过程。比如，一个程序是怎么跑起来的，代码是怎样执行和跳转的，又是如何管理内存的。

首先，我们先来了解一下程序运行的环境。

程序运行的环境

程序运行的过程中，主要是跟两个硬件（CPU 和内存）以及一个软件（操作系统）打交道。

本质上，我们的程序只关心 CPU 和内存这两个硬件。你可能说：“不对啊，计算机还有其他硬件，比如显示器和硬盘啊。”但对我们的程序来说，操作这些硬件，也只是执行某些特定的驱动代码，跟执行其他代码并没有什么差异。

1. 关注CPU和内存

CPU 的内部有很多组成部分，对于本文来说，我们重点关注的是寄存器以及高速缓存，它们跟程序的执行机制和优化密切相关。

寄存器是 CPU 指令在进行计算的时候，临时数据存储的地方。CPU 指令一般都会用到寄存器，比如，典型的一个加法计算（c=a+b）的过程是这样的：

• 指令 1（mov）：从内取 a 的值放到寄存器中；
• 指令 2（add）：再把内存中 b 的值取出来与这个寄存器中的值相加，仍然保存在寄存器中；
• 指令 3（mov）：最后再把寄存器中的数据写回内存中 c 的地址。

寄存器的速度也很快，所以能用寄存器就别用内存。尽量充分利用寄存器，是编译器做优化的内容之一。

而高速缓存可以弥补 CPU 的处理速度和内存访问速度之间的差距。所以，我们的指令在内存读一个数据的时候，它不是老老实实地只读进当前指令所需要的数据，而是把跟这个数据相邻的一组数据都读进高速缓存了。这就相当于外卖小哥送餐的时候，不会为每一单来回跑一趟，而是一次取一批，如果这一批外卖恰好都是同一个写字