操作系統，CPU，編譯器，運行時庫，系統調用。這是計算機科學中相對高大上的幾個概念，許多科班出身的碼農甚至也搞不清楚一個簡單代碼執行過程中，哪塊是操作系統控制，哪塊是編譯器控制，CPU到底扮演了何種角色，什麼是運行時庫。
思考問題，我們首先要把握宏觀，掌握好了大致情況，然後再對自己感興趣的節點做深入分析。這是一種很實用的思考問題的方式，不會讓你陷入“局部最優解”，更重要的是，它可以讓你更深刻地理解問題的本質，遇到困難時不致迷茫。本文將梳理計算機科學中一些基本的概念，我們將沿着程序從出生到消亡的脈絡，探討CPU，探討編譯器，探討操作系統和運行時庫，以此來深入理解計算機系統。
編譯器
編譯器絕對是計算機科學中殿堂級的領域，能夠寫編譯器的都是大牛中的大牛，筆者依稀記得自己本科做編譯原理大作業的情境，那4張8K的紙愣是沒有畫出一個簡單語言的語法狀態轉移圖。今天，我們不談編譯器原理，只關注其作用。編譯器是高級語言到機器語言的轉換器。當你洋洋灑灑地寫完一萬行代碼時，那些struct、if、while除了你和C編譯器看得懂外，沒人能看得懂了，機器也不例外。機器只能看懂01碼，編譯器就是負責把源代碼翻譯成01碼的。Windows下.exe後綴的程序就是一串01碼，linux下你的a.out也是01碼，但是01碼絕對不止這些，linux下的.o和windows下的.dll也都是01碼，只不過這些01碼不能直接執行，而是由a.out和.exe程序調用。
這就是編譯器了，其實你只要記住它是高級語言到機器語言的轉換器即可，這種工作在現實生活中叫：翻譯。有了編譯器，你的思想就結晶爲01碼了。
沒有這麼簡單，我們還要再深入一層。都知道程序包括代碼和數據，對於代碼其實我們能有個感官的認識，這主要因爲大家基本都學過彙編語言，代碼彙編的層面基本都轉化爲mov，jmp，add等指令了，相信許多人也寫過類似代碼，但是數據呢？編譯器如何“編譯”數據？
你該鄙視我了：數據這東西怎麼能“編譯”呢？是的，數據確實不是編譯的，你可以說它被編譯器“安置”在一個位置上，但是對於數據的理解絕對不止此。首先全局變量和局部變量有着重大的差別，還有就是那些看似簡單但是充滿着智慧的基本數據類型（int，short，double等），還有就是老生常談的字符串！
全局變量和局部變量
最終的可執行文件以01碼存儲，這點已經確定。分析一個典型的可執行文件，以ELF文件（Linux下可執行文件）爲例，發現最終的01碼主要包括以下幾個部分：靜態數據區，代碼區，字符串常量區等等。其中你的全局變量就是存放在ELF文件的靜態數據區，代碼就是存放在代碼區，而像以如下方式聲明的字符串“hello world1”則是存儲在了字符串常量區：
char *str ="hello world1";
還有局部變量。記住，在可執行文件的01碼當中，不會有局部變量的位置，這是因爲局部變量是放到了程序的棧空間中。說到了棧，棧僅僅是在程序運行的時候纔會有的概念，所以在編譯器產生的01碼中，不會有類似於“局部變量區”的分塊。趁熱打鐵。以上我們解決了代碼的安置、全局變量以及字符串的安置，那麼局部變量是怎麼安置的呢，它總不會無緣無故地就出現了吧。所謂的局部變量就是在函數內部定義的變量，比如以下函數：
int func{
int a;
char b[2];
}其中，a和b都是局部變量，局部變量位於該函數的棧空間中。比如，當調用函數func時，程序的堆棧將會是如下的狀態：
由於棧是一個動態的結構，只有在程序執行的時候纔會涉及，所以a和b變量肯定在是程序執行過程中產生的。所以已經不難理解了，每一個子函數彙編代碼的初始部分肯定會有一個壓棧的過程，上例中是壓入1個int和2個char。子函數中的對a和b的引用都被關聯到棧上的這塊區域。所以，局部變量和全局變量有着本質的不同：全局變量在01碼中就存在了，是靜態的，而局部變量在01碼中還僅僅是一些push變量，是動態的；全局變量將伴隨整個程序執行過程，而局部變量生命期只是短短的子函數執行時間。
基本數據類型
幾乎所有C語言教科書的入門章節都是基本數據類型，在這裏我們不談那些強數據類型與弱數據類型的差別了，來點乾貨。爲什麼要說數據類型？源於我自己的一個疑惑。學計算機這幾年中，每當遇到數據類型的問題，我耳邊總是充斥着各種各樣的聲音：數據類型和編譯器相關，數據類型和操作系統相關，數據類型和CPU相關，數據類型和平臺相關。數據類型到底和什麼相關？
不妨挨個來分析。首先數據類型肯定和CPU相關，比如32位和64位CPU的sizeof（char*）返回值就不一樣，說明由於CPU的不同數據的類型有很大的不同。和編譯器肯定也是相關的，數據類型不但包括該類型所佔內存的大小，還包括對於該種類型所施加的操作（這個定義和C++中的類很像，除了數據還應該有函數）。在數據類型的轉換操作中，不同編譯器的行爲很是不一樣。比如unsigned char類型強轉long類型，有些編譯器就可能會把long多出來的3個byte分別賦值爲0xFF，而有些編譯器則會將這3個byte賦值爲0x00。這樣，同一個操作在不同的編譯器上產生了不同的行爲與結果，而這些行爲都是對應程序靜態的01碼的，所以數據類型與編譯器也是相關的。對於操作系統，由於它也僅僅是一個程序而已，是一個“政府程序”，本身構建於CPU之上，所以不能說數據類型與操作系統相關。
好，分析到這裏，我基本上是得出了一個結論，那就是數據類型是和CPU、編譯器相關，這就是某些人所談到的平臺。至於操作系統，我們姑且把它當作一個和普通程序無異的程序吧，只不過它手裏握有資源。
說到這裏，編譯器就說完了。是的，編譯器用來產生01碼，產生的過程中用到了各種智慧！在這個階段，程序還是躺在硬盤上的一個代碼，靜靜地等待執行。