Как выглядит код программы

Программирование с нуля

Данная статья описывает основные конструкции в программировании и предназначена для тех, кто хочет в этом разобраться. Но статья не описывает все нюансы, потому что их слишком много. Если описывать их все, будет очень нудно и непонятно.

Использовать будем си-подобный синтаксис, то есть подобный языку си, но не будем вникать в заголовочные файлы, указатели и другие особенности относительно низкоуровневых языков, перейдём на синтаксис более высокоуровневых языков, которые сделают рутинную работу за нас. А конкретно, будем использовать синтаксис языка Java. Добро пожаловать под кат.

Двоичная система счисления

Числа в двоичной системе счисления состоят всего из двух знаков. Нуля и единицы. 00000001 – число один. 00000010 – число два. 00000100 – число 4. Как вы можете заметить, когда единица смещается влево, число увеличивается в два раза. Чтобы получилось число 3, необходимо написать 00000011. Таким образом можно составить все необходимые числа. В данном примере мы использовали двоичное число с восемью знаками, иначе говоря число восьмиразрядное. Чем больше у числа разрядов, тем большее оно может вместить значение. Например, восьмиразрядное число вмещает максимальное значение 255, если считать ноль, тогда 256, а в программировании ноль считается всегда. Если увеличить разряд на один, получится девятиразрядное число и его вместимость увеличится в два раза, то есть станет 512. Но так в программировании никогда не делается и обычно каждая следующая разрядность увеличивается вдвое. Один разряд, потом 2 разряда, потом 4 разряда, потом 8 разрядов, потом 16 разрядов, потом 32 разряда и далее.

Шестнадцатеричная система счисления

Всё аналогично двоичной, только вместо нулей и единиц участвуют цифры от 0 до 15. 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, где A – 10, B – 11, C – 12, D – 13, E – 14, F – 15.

Знак минус в программировании

Знак минус в двоичной системе счисления обозначается единицей в самом старшем разряде. Конечно же если число может быть минусовым (да, да, в программировании типы цифр бывают неминусовыми и включающим числа со знаком минус). 10000000 – число -1. Это не число -0, потому что минус нулей не бывает, то есть отрицательные числа смещаются влево на один. А вообще, в разных языках программирования может быть разное представление отрицательных чисел, но вам это знание вряд ли пригодится, поэтому пока что думайте, что всё так, как я объяснил.

Буквы и знаки

Буквы, знаки, смайлики и так далее обозначаются также числами. Буква А может быть числом 00000001 или любым другим, или даже комбинацией чисел в зависимости от кодировки символов. Кодировок много.

Типы данных

В программировании есть типы данных. Числовые, такие как 233, которые разобрали выше. Называются почти везде int, от слова integer. С плавающей запятой, такие как 198,76, называются почти везде float. У букв тип char, у строк тип String. Тип bool имеет два значения – истина (true) и ложь (false). У этого типа реализация в разных языках разная, но самая простая, когда ноль — значит ложь, а любое другое число истину. Нестандартные типы данных, такие как числа с фиксированной запятой, рассматривать не будем.

Применение

Прежде чем использовать числа в программировании их нужно объявить, то есть сказать с помощью языка программирования, что они существуют.

Это стандартное объявление примитивного типа.

Сначала пишем тип, потом имя переменной, то есть нашего числа. Всегда заканчиваем наше выражение, да и любое, точкой с запятой.
Теперь мы можем использовать переменную по её имени.

Здесь мы присвоили переменной значение. В отличии от математики в программировании = значит взять значение справа и присвоить переменной слева. = — это знак/оператор присвоения.

Можно объединить объявление и присвоение, то есть сразу инициализировать переменную.

Буквы выделяются одинарными кавычками, строки выделяются двойными кавычками. Числа типа int не выделяются.

К числам с плавающей запятой одинарной точности в конце добавляется f.

К числам с плавающей запятой двойной точности ничего не добавляется.

Операторы

С помощью операторов можно складывать, вычитать и делать много других операций с переменными. Операторами являются +, -, *, / и другие. Да даже; является оператором, говорящим, что выражение завершено.

После того как мы записали наше выражение, например сложения,

получается значение. Но так как оно ни одной переменной не присваивается, оно исчезает. Чтобы присвоить значение переменной используется специальный оператор присвоения, который коротко описан выше.
Повторим ещё раз. Он берёт значение со своей правой стороны и присваивает его переменной в левой стороне. Это оператор =, и он не имеет ничего общего со знаком равно из математики.

Также у нас есть логические операторы, такие как < (меньше), > (больше), <= (меньше либо равно), == (равно), && (и), || (или) и другие.

Они сравнивают значения или выражения слева и справа, а после выдают истинность в виде типа bool, то есть true или false, и это значение также можно присвоить.

Оператор && (и) сравнивает два значения типа bool. Если слева true и справа true, тогда этот оператор возвращает значение true. В других случаях false.

Оператор || (или) возвращает истинность, если хоть одно значение истинно (true).

Комментарии

Комментарии нужны для того, чтобы не забыть, что мы напрограммировали или они информируют тех, кто будет пользоваться нашим кодом. Попросту заметки в коде.
Однострочные комментарии открываются знаками // и заканчиваются в конце строки.

Вторая строка уже не комментарий.

Есть также многострочные комментарии и другие, которые я рассматривать не буду.

Операторы ветвления

Оператор ветвления if

Если переменная a меньше 154, то есть выражение истинно, выполняет код в фигурных скобках, потом программа выполняется дальше. Код в фигурных скобках называется блоком кода. Он нужен для того, чтобы сказать программе, что этот код принадлежит оператору и именно его нужно выполнить.

Оператор ветвления if можно расширить.

Если условие оператора истинно, выполняет первый блок кода, а если нет, тогда второй блок кода после else.

Оператор ветвления switch

Этот оператор сравнивает значение в круглых скобках со значениями после case. Если значения совпадают, выполняет выражение или выражения после case, доходит до оператора break, после выходит из цикла и продолжает программу дальше. Если ни одно значение не совпадает, выполняет выражение после default. default можно и не писать.

Циклы

Цикл for

Циклы выполняют блок кода по кругу, пока определённое действие их не остановит.

За круглыми скобками в порядке очереди идут инициализация переменной, которая будет счётчиком, условие, при котором цикл выполняется вновь и вновь при истинности условия, выражение, которое выполняется после того, как выполнится блок кода цикла. То есть этот цикл будет выполняться снова и снова, пока переменная i больше либо равна нулю, и, начиная со второго выполнения цикла, значение переменной i будет уменьшаться на единицу. После того, как условие станет ложным, программа начнёт выполняться дальше.

Цикл while

Цикл while выполняется до тех пор, пока условие в круглых скобках истинно.

Если условие будет ложным, но нам необходимо чтобы цикл выполнился один раз, тогда используем следующую конструкцию

Область видимости

Также фигурными скобками определяется область видимости. Все переменные, объявленные внутри фигурных скобок, невидимы во внешней области, но внешняя область видна внутри фигурных скобок. Поэтому мы можем использовать внутри фигурных скобок внешние переменные, но не можем во внешней области использовать переменные, объявленные внутри внутренней области.

Ключевые слова

В языках программирования есть наборы ключевых слов, в каждом языке свой набор. Этими словами ничего называть нельзя. Ни переменные, ни методы/функции, ничего подобного. Слово while ключевое и другие подобные слова также ключевые.

Массивы

Массивы – это набор значений одного типа. Они удобны, когда нам нужно что-то перечислить.

Так выглядит обычное объявление массива. Сначала указываем нужный тип. Потом ставим квадратные скобки, этим говорим языку программирования, что объявляем массив. Далее вписываем его имя. После знака присвоения вписываем выражение инициализации, то есть создания массива. Там мы видим новый оператор new, который используется при создании массива. Если сказать проще, мы создаём семь переменных типа int и присваиваем их нашему массиву под именем items.

Мы создали массив с семью элементами, но обращаться к первому начинаем с 0. Поэтому последний элемент будет под индексом 6. Не забывайте об этом смещении.

Обращение к элементу массива и присвоение его переменной выглядит так

Вход в программу

Мы рассмотрели все основные моменты, чтобы хоть что-то понимать, поэтому теперь перейдём к написанию простой программы.

Началом программы является метод main. Любой метод подобен блоку кода, но с именем. Его можно вызвать из другой части программы по имени, но метод main нельзя, потому что он вход в программу, а вход должен быть один. Метод main срабатывает только при запуске.

А это простейший метод, который сейчас разберём. В круглых скобках указываются входные параметры. Можете их представить, как уже объявленные переменные в блоке кода, которым мы можем присвоить значения извне. Внутри фигурных скобок первый оператор, который мы видим, это return. Он берёт значение справа, которое получается из выражения, и передаёт его вовне. Тип передаваемого вовне значения должен быть таким же, как указанный перед именем метода, то есть int.

Так метод вызывается и результат его выполнения передаётся в переменную z.

В этом примере сначала создаётся класс HelloWorld. Пока что думайте, что класс – это файл, в который мы записываем текст программы.

Далее идёт объявление метода main. По словам слева от его имени мы можем понять, что метод публичный (слово public), то есть мы можем вызвать его не только из этого класса, но и извне. По слову static мы можем понять, что метод статичный, то есть можно его вызвать без разных манипуляций, которые мы рассмотрим позже. Слово void говорит, что метод ничего не возвращает. В круглых скобках есть аргумент args[]. Этот аргумент является пустым массивом строк. Можно добавить забитый чем-то массив строк, но нам это не нужно, потому что использовать его мы не будем, а программа запустится и так.

Следующим мы видим вызов метода println, в параметр которого помещена строка Hello World. Перед ним мы видим перечисление через точки System.out. Если кратко, слово System означает, что метод println находится в классе System, а слово out – это выходной поток PrintStream, который нужен, чтобы выдать информацию вовне. В этом примере вовне — это консоль. Выходной поток out мы рассматривать не будем. Разбор потоков может вылиться в отдельную статью. Нам важно только знать, что out (объект класса PrintStream) находится в классе System, а метод println находится в объекте out. Все эти перечисления через точку просто указывают путь языку программированию к методу println, чтобы он знал откуда его вызывать.

Этот метод выводит строку Hello World в консоль и переводит курсор на новую строку. На этом программа заканчивается.

Компиляция и выполнение

Синтаксис простой программы мы рассмотрели, но не запустили её. Этим мы сейчас и займёмся.
Для начала скачайте JDK и установите его. Потом в переменных средах вашей операционной системы пропишите в переменной Path путь к папке bin вашего установленного JDK. Это нужно, чтобы операционная система могла найти из консоли программы JDK для компиляции и запуска. Теперь поместите текст программы в текстовый файл с именем HelloWorld. С именем HelloWorld, потому что имя файла и класса должны совпадать. Сохраните и измените расширение файла на java. Перейдите в консоли в папку с файлом и введите javac HelloWorld.java. Программа скомпилируется и поместится в файл HelloWorld.class. Чтобы запустить её напишите java HelloWorld. В выводе вы увидите Hello World. Что мы и хотели.

Импорт

Чтобы использовать другие классы и методы из стандартной библиотеки используем слово import.

После слова import идёт название пакета java.util. Он назван так из-за назначения и, собственно, из-за папок java и util, в которых находится класс Random. Путь java\util\Random.class
Вместо java.util.Random можно вписать любой необходимый нам класс.

Классы и объекты. Статические и динамические реализации

Создадим два класса. Эти классы должны находиться в одной папке, чтобы после компиляции они смогли найти друг друга.

Есть ещё множество способов, чтобы классы могли найти друг друга. Это пакеты, внешние библиотеки, внутрипакетное взаимодействие и другое. Здесь разбирать это не будем. Просто знайте, что есть специальные конструкции и ключевые слова, чтобы использовать эти механизмы.

Разберём их. Начнём с класса AnotherClass. Перед его именем мы видим слово public, которое говорит, что класс публичный и его могут использовать другие классы. В нём мы создаём переменную a со значением 9 и метод addition. Можно сказать, что класс AnotherClass – это новый тип.

В классе MyClass мы создаём объект object0 класса AnotherClass. Это очень похоже на создание обычной переменной и также используется ключевое слово new, как при создании массива. Оператор new говорит языку программирования, что нужно создать копию этого класса в оперативной памяти. Мы можем создать множество копий и забить ими всю память. Далее мы передаём переменную a этого объекта в метод println. Dызываем динамические метод addition в параметре метода println. Метод addition вернёт результат, а метод println выведет его.

Динамический метод отличается от статического тем, что его можно вызвать только из объекта, загруженного в память. То есть для начала нужно создать объект. Статический метод можно вызывать напрямую из класса, то есть просто написав имя класса, поставить точку и через неё вызвать метод. Но у статических методов есть ограничения. Внутри их тела невозможно обращаться к динамическим переменным объекта класса, в котором находятся эти методы. Так как статический метод не загружается в оперативную память, в нём нельзя использовать переменные объекта, загруженные в неё.
Чтобы создать статический метод, перед его именем нужно написать static.

Конструкторы

В этих классах почти всё идентично предыдущим, но создаётся два объекта класса AnotherClass2. object0 и object1. Но создаются они по-разному.

Разберём класс AnotherClass2. В нём появился новый механизм, который называется конструктор. Конструкторов в классе может быть несколько, начинаются они со слова public, а далее идёт имя класса. В круглых скобках перечисляются параметры, а в теле конструктора описывается инициализация объекта класса. Конструкторы схожи с методами.

Перейдём к разбору конструкторов в классе MyClass2. В этом классе при создании объектов класса AnotherClass2 мы можем указать параметры в круглых скобках. Язык программирования выберет подходящий под параметры конструктор и проинициализирует объект подходящим образом. Так при создании объектов мы можем создать его разновидность нужную нам.

Исходный код, листинг, Source code

Привет, Вы узнаете про исходный код, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое исходный код, листинг, source code , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Разработка программного обеспечения и информационных систем.

исходный код (Source code)- это текст компьютерной программы на каком-либо языке программирования или языке разметки, который может быть прочтен человеком. В обобщенном смысле — любые входные данные для транслятора. Исходный код транслируется в исполняемый код целиком до запуска программы при помощи компилятора или может исполняться сразу при помощи интерпретатора. Исходный код является любым набором кода, с или без комментариев , написанный с использованием в удобочитаемом языке программирования , как правило , в виде обычного текста . Исходный код программы специально разработан для облегчения работы компьютерных программистов , которые определяют действия, которые должны выполняться компьютером, в основном путем написания исходного кода. Исходный код часто преобразуется ассемблером или компилятором в двоичный машинный код, который может выполняться компьютером. Затем машинный код может быть сохранен для выполненияпозже. В качестве альтернативы исходный код может быть интерпретирован и, следовательно, немедленно выполнен.

Большинство прикладных программ распространяется в форме, включающей только исполняемые файлы. Если бы исходный код был включен, он был бы полезен пользователю , программисту или системному администратору , любой из которых мог бы пожелать изучить или изменить программу.

Определения

Linux Информация о проекте определяет исходный код , как:

Исходный код (также называемый исходным кодом или кодом) — это версия программного обеспечения в том виде, в котором оно было изначально написано (т. Е. Напечатано на компьютере) человеком в виде простого текста (т. Е. Читаемых человеком буквенно-цифровых символов).

Понятие исходного кода также может быть понято более широко, включая машинный код и обозначения на графических языках, ни один из которых не является текстовым по своей природе. Пример из статьи, представленной на ежегодной конференции IEEE и по анализу исходного кода и манипуляции с ним:

Для ясности «исходный код» означает любое полностью исполняемое описание программной системы. Поэтому он построен таким образом, чтобы включать машинный код, языки очень высокого уровня и исполняемые графические представления систем.

Часто существует несколько этапов трансляции или минификации программы между исходным исходным кодом, набранным человеком, и исполняемой программой. В то время как некоторые, например, FSF , утверждают, что промежуточный файл «не является реальным исходным кодом и не считается исходным кодом» , другие считают удобным ссылаться на каждый промежуточный файл как на исходный код для следующих шагов.

История

Самые ранние программы для компьютеров с сохраненными программами вводились в двоичном формате через переключатели на передней панели компьютера. В этом языке программирования первого поколения не было различий между исходным кодом и машинным кодом .

Когда IBM впервые предложила программное обеспечение для работы с ее машиной, исходный код был предоставлен бесплатно. В то время стоимость разработки и поддержки программного обеспечения была включена в стоимость оборудования. На протяжении десятилетий IBM распространяла исходный код со своими лицензиями на программные продукты, вплоть до 1983 года.

Большинство ранних компьютерных журналов публиковали исходный код в виде программ для ввода .

Иногда весь исходный код большой программы публикуется в виде книги в твердом переплете, такой как Computers and Typesetting , vol. B: TeX, Программа по Дональд Кнут , PGP Исходный код и по Philip Zimmermann , PC SpeedScript по Рэнди Томпсон и мкКл / OS, Real-Time Kernel Жан Labrosse.

Организация

Исходный код, составляющий программу , обычно хранится в одном или нескольких текстовых файлах, хранящихся на жестком диске компьютера ; обычно эти файлы тщательно организованы в дерево каталогов , известное как дерево исходных текстов . Исходный код также может храниться в базе данных (как это обычно бывает для хранимых процедур ) или где-нибудь еще.

Рис 1. Пример исходного кода на javascript

Рис 3 пример листинга программы на Си

Исходный код для конкретной части программного обеспечения может содержаться в одном файле или в нескольких файлах. Хотя такая практика встречается редко, исходный код программы может быть написан на разных языках программирования. Например, программа, написанная в основном на языке программирования C , может иметь части, написанные на языке ассемблера в целях оптимизации. Также возможно, чтобы некоторые компоненты программного обеспечения были написаны и скомпилированы отдельно на произвольном языке программирования, а затем интегрированы в программное обеспечение с использованием метода, называемого связыванием библиотек . В некоторых языках, таких как Java , это можно сделать во время выполнения. (каждый класс компилируется в отдельный файл, который связывается интерпретатором во время выполнения).

Еще один метод состоит в том, чтобы сделать основную программу интерпретатором для языка программирования, [ цитата необходима ] либо разработанным специально для рассматриваемого приложения, либо универсальным, а затем записать большую часть фактических пользовательских функций в виде макросов или других форм добавления -ins в этом языке, подход, принятый, например, текстовым редактором GNU Emacs .

Базовый код из компьютерного программирования проекта является большой коллекцией всех исходного кода всех компьютерных программ , которые составляют проект. Поддержание кодовых баз в системах контроля версий стало обычной практикой . Умеренно сложное программное обеспечение обычно требует компиляции или сборки нескольких, иногда десятков, а может и сотен различных файлов исходного кода. В этих случаях инструкции для компиляции, такие как Makefile , включены в исходный код. Они описывают программные отношения между файлами исходного кода и содержат информацию о том, как они должны быть скомпилированы.

Исходный код в основном используется в качестве входных данных для процесса, который создает исполняемую программу (т. Е. Компилируется или интерпретируется ). Он также используется как метод передачи алгоритмов между людьми (например, фрагменты кода в книгах).

Программисты часто считают полезным просмотреть существующий исходный код, чтобы узнать о методах программирования. Совместное использование исходного кода между разработчиками часто упоминается как фактор, способствующий развитию их навыков программирования. Некоторые люди считают исходный код выразительным художественным средством .

Перенос программного обеспечения на другие компьютерные платформы без исходного кода обычно чрезвычайно затруднен. Без исходного кода для конкретной части программного обеспечения переносимость обычно требует больших вычислительных затрат. [ необходима цитата ] Возможные варианты переноса включают двоичную трансляцию и эмуляцию исходной платформы.

Декомпиляция исполняемой программы может использоваться для генерации исходного кода либо на ассемблере, либо на языке высокого уровня .

Программисты часто адаптируют исходный код одной части программного обеспечения для использования в других проектах. Эта концепция известна как возможность повторного использования программного обеспечения .

Неисполняемый исходный код

Копилефтные лицензии для свободного ПО требуют распространения исходного кода. Эти лицензии часто используются также для работ, не являющихся программами — например, документации, изображений, файлов данных для компьютерных игр.

В таких случаях исходным кодом считается форма данной работы, предпочтительная для ее редактирования. В лицензиях, предназначенных не только для ПО, она также может называться версией в «прозрачном формате». Это может быть, например:

• для файла, сжатого с потерей данных — версия без потерь;
• для рендера векторного изображения или трехмерной модели — соответственно, векторная версия и модель;
• для изображения текста — такой же текст в текстовом формате;
• для музыки — файл во внутреннем формате музыкального редактора;
• и наконец, сам файл, если он удовлетворяет указанным условиям, либо если более удобной версии просто не существовало.

Правовые аспекты История бесплатного программного обеспечения с открытым исходным кодом.

Ситуация варьируется во всем мире, но в Соединенных Штатах до 1974 года программное обеспечение и его исходный код не охранялись авторскими правами и, следовательно, всегда являлись общественным достоянием . [10]

В 1974 году Комиссия США по новому технологическому использованию произведений, охраняемых авторским правом (CONTU), решила, что «компьютерные программы в той степени, в которой они воплощают оригинальное творение автора, являются надлежащим объектом авторского права». [11] [12]

В 1983 году в суде США по делу Apple против Франклина было решено, что то же самое применимо и к объектному коду ; и что Закон об авторском праве предоставил компьютерным программам статус авторского права на литературные произведения.

В 1999 году в суде США по делу Бернштейн против Соединенных Штатов было также постановлено, что исходный код может считаться конституционно защищенной формой свободы слова . Сторонники свободы слова утверждали, что, поскольку исходный код передает информацию программистам, написан на каком-то языке и может использоваться для обмена юмором и другими художественными занятиями, это защищенная форма общения.

Под лицензией Apache License версии 2.0 («Лицензия»); вы не можете использовать этот файл, кроме как в соответствии с Лицензией. Вы можете получить копию лицензии по адресу

Если это не требуется действующим законодательством или не согласовано в письменной форме, программное обеспечение, распространяемое по Лицензии, распространяется на УСЛОВИЯХ «КАК ЕСТЬ», БЕЗ КАКИХ-ЛИБО ГАРАНТИЙ ИЛИ УСЛОВИЙ, явных или подразумеваемых. См. Лицензию для получения информации о конкретных языках, регулирующих разрешения и ограничения в соответствии с Лицензией.

Автор такой нетривиальной работы, как программное обеспечение [12], имеет несколько исключительных прав , среди которых авторские права на исходный код и объектный код . [17] Автор имеет право и возможность предоставлять клиентам и пользователям своего программного обеспечения некоторые из своих исключительных прав в форме лицензирования программного обеспечения . Программное обеспечение и сопровождающий его исходный код могут быть связаны с несколькими парадигмами лицензирования; Самое важное различие — бесплатное и несвободное программное обеспечение . Это делается путем включения уведомления об авторских правах, в котором объявляются условия лицензирования. Если уведомление не найдено, то по умолчанию Все права защищены. подразумевается.

Вообще говоря, программное обеспечение является бесплатным программным обеспечением, если его пользователи могут свободно использовать его для любых целей, изучать и изменять его исходный код, предоставлять или продавать его точные копии, а также передавать или продавать его модифицированные копии. Программное обеспечение является проприетарным, если оно распространяется, пока исходный код хранится в секрете, или находится в частной собственности и ограничен. Одной из первых лицензий на программное обеспечение, которые были опубликованы и прямо предоставляли эти свободы, была Стандартная общественная лицензия GNU в 1989 году; лицензия BSD является еще одним из первых примеров с 1990.

Для патентованного программного обеспечения используются положения различных законов об авторском праве, коммерческой тайне и патентах , чтобы исходный код оставался закрытым. Кроме того, многие части розничного программного обеспечения поставляются с лицензионным соглашением с конечным пользователем (EULA), которое обычно запрещает декомпиляцию , обратный инжиниринг , анализ, модификацию или обход защиты от копирования . Типы защиты исходного кода — помимо традиционной компиляции до объектного кода — включают шифрование кода, обфускацию кода или преобразование кода .

Качество программного обеспечения

То, как написана программа, может иметь важные последствия для ее сопровождающих. Соглашения о кодировании , которые подчеркивают удобочитаемость, и некоторые соглашения, относящиеся к конкретному языку, нацелены на поддержку исходного кода программного обеспечения, что включает отладку и обновление . Другие приоритеты, такие как скорость выполнения программы или возможность компилировать программу для нескольких архитектур, часто делают читабельность кода менее важным фактором, поскольку качество кода обычно зависит от его цели .

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• Байт -код
• Код как данные
• Соглашения о кодировании
• Компьютерный код
• Бесплатно программное обеспечение
• Устаревший код
• Машинный код
• Язык разметки
• Обфусцированный код
• Код объекта
• Пакет ( системауправления пакетами)
• Язык программирования
• Репозиторий исходного кода
• Подсветка синтаксиса
• Язык визуального программирования
• Рефакторинг
• Стандарт оформления кода
• Свободное программное обеспечение
• Эзотерические языки программирования
• Лицензия на программное обеспечение
• Hello, world!
• low-code
• зерокод-платформы, zero — code

В общем, мой друг ты одолел чтение этой статьи об исходный код. Работы в переди у тебя будет много. Смело пишикоментарии, развивайся и счастье окажется в ваших руках. Надеюсь, что теперь ты понял что такое исходный код, листинг, source code и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Разработка программного обеспечения и информационных систем

Как выглядит код программы

В статье мы напишем пару простейших программ на C++ и посмотрим, как происходит их компиляция.

Содержание

Следуйте инструкциям. Также выполните задания, указанные в тексте.

Создаём каталог проекта

Перейдите в каталог пользователя, и создайте каталог, в котором вы будете размещать свои проекты. Его можно назвать, например, “lw1” (laboratory work 1)

В Visual Studio Code откройте этот каталог. Для этого используйте меню “File”>”Open Folder…”.

Теперь вы можете добавить новый файл в каталог прямо из Visual Studio Code. Попробуйте, это так просто!

Простейшая программа

Откройте редактор, создайте файл hello.cpp и перепишите следующий текст:

Это — минимальная программа на языке C++. Она выводит в терминал строку “Hello, world!” и завершается. Она состоит из:

• директива #include <iostream> подключит библиотеку потоков ввода-вывода, в том числе станут доступны поток вывода std::cout и манипулятор std::endl.
• функция main служит точкой входа в программу в тот момент, когда операционная система запускает программу
• в функции сейчас находится ровно одна инструкция, которая передаёт строку в поток вывода cout и затем передаёт туда же манипулятор endl (сокращение от endline), чтобы добавить перенос строки и завершить операцию вывода cout

Сохраните файл — это можно сделать в меню “File” либо горячей клавишей Ctrl+S :

Затем откройте терминал. В Visual Studio Code терминал можно открыть в меню “Вид”>”Интегрированный терминал” либо сочетанием клавиш “CTRL + `”

Введите в терминале команду dir . Команда выведет список файлов, и среди этих файлов должен быть файл hello.cpp .

Введите команду g++ —version . Программа g++ — это компилятор C++ из состава GCC (GNU Compiler Collections). Передав ей флаг —version , вы заставите программу вывести свою версию и завершиться. Ожидается, что у вас будет g++ 7.0 или выше:

Введите команду g++ hello.cpp -o hello . Эта команда компилирует файл hello.cpp в исполняемую программу называет исполняемый файл hello.exe на платформе Windows либо hello на Linux и MacOSX. Команда не должна выводить чего-либо, она должна просто успешно завершиться.

Теперь вы можете запустить исполняемую программу hello.exe , набрав в терминале команду hello .

Задание cpp1.1

Убедитесь, что у вас есть файл hello.cpp , в котором записана работоспособная программа “Hello, World”. Доработайте программу, чтобы вместо “Hello, World” она выводила “Hello, Name”, где Name — ваше имя в английской транскрипции.

Ошибки компиляции

Теперь попробуем составить неправильную программу. Например, уберём символ ; в конце единственной инструкции:

Запустите компиляцию снова. Вы увидите ошибку компиляции, примерно такую:

Компилятор достаточно умён, чтобы показать вам точное место ошибки и способ её исправления! Именно поэтому сообщения от компиляторов C/C++ следует внимательно читать.

Теперь попробуем внедрить другую ошибку: точку с запятой вернём на место, а в названии cout перепутаем две буквы: “cuot”

Запустите компилятор и прочитайте сообщение. Оно должно быть таким:

Компилятор снова показал себя с лучшей стороны: он догадался, что программист опечатался, и предложил свой вариант замены. К сожалению, вариант не самый удачный: компилятор предложил clog вместо cout . Тем не менее, во многих случаях компилятор угадывает правильно.

Задание cpp1.2

• Попробуйте самостоятельно найти такую опечатку в слове cout, чтобы компилятор правильно предложил способ исправления опечатки.
• Этот вариант программы сохраните в файле hello_err.cpp , чтобы затем показать преподавателю.

Вывод в стиле языка C

Вывод в cout, которым мы воспользовались, относится к языку C++. Есть и другой способ: C++ позволяет использовать возможности языка C, в том числе функции ввода-вывода в стиле языка C.

Мы воспользуемся функцией std::puts. Для доступа к ней надо подключить <cstdio> . Теперь программа будет выглядеть так:

Выполните в терминале команду del hello.exe для удаления старого исполняемого файла, затем g++ hello.cpp -o hello для компиляции и запустите программу hello.exe . Вы должны получить тот же результат, что и раньше:

Ввод-вывод

Теперь напишем программу, которая читает два числа из стандартного ввода и пишет их обратно в стандартный вывод. Эта программа будет использовать функции языка C: std::scanf и std::printf .

Создайте файл ab.cpp и напечатайте в нём следующий код:

Скомпилируйте код командой g++ ab.cpp -o ab . Запустите, и введите

• два целых числа: 12 88
• одно целое число и одно число с плавающей точкой: 12 88.7
• одно целое число и одну букву f: 12 f
• только букву f: f
• ничего не вводить, сразу нажать “Ctrl+Z” на Windows или “Ctrl+D” на остальных платформах, что означает “конец ввода”

Если что-то пошло неправильно, вы можете нажать в терминале Ctrl+C для завершения программы.

Мы прокомментировали код, чтобы вы поняли, что происходит. В языке C++ однострочные комментарии начинаются с символов // . Комментарии помогают понять текст программы, и поэтому хороший комментарий поясняет намерение там, где оно не очевидно из кода. Плохие комментарии поясняют очевидные вещи: писать такое — бесполезный труд. В то же время хороший комментарий может уберечь программиста от неосторожных и неправильных действий.

Теперь доработаем программу

Задание cpp1.3

Создайте файл abc.cpp и напишите программу, которая читает три числа и складывает их, а результат выводит в терминал.

Решение линейного уравнения

Рассмотрим линейное уравнение ax + b = 0 — оно также называется уравнением прямой. Мы напишем программу, способную решать такие уравнения. Но прежде чем приступить к кодированию, мы составим план действий с помощью комментариев:

Первый шаг мы реализуем с помощью puts. Второй — с помощью scanf и объявления переменных a, b. Третий шаг — с помощью printf. Создайте файл linear_equation.cpp .

Перепечатайте в него следующий код:

Скомпилируйте программу и запустите её. Попробуйте ввести две пары коэффициентов:

• -10 и 2
• 2 и -10
• 0 и 2
• 0 и 0

Везде ли программа решила задачу правильно?

Числа с плавающей точкой

Конечно же, решить уравнение в целых числах получится не всегда. Но в C++ есть поддержка чисел с плавающей точкой:

• тип данных называется float
• ему соответствует формат %f для scanf и printf

Перепишите программу следующим образом:

Попробуйте снова ввести две пары коэффициентов:

• -10 и 2
• 2 и -10
• 0 и 2
• 0 и 0

Как вы думаете, что получилось в последних двух случаях? Почему такое происходит?

Как работает программа «Hello World!»?

Наш компилятор превратил этот исходный код на C в ассемблерный код, который представляет собой инструкции, преобразуемые в двоичный код, который машина сможет понять и выполнить. Каждая из инструкций находится в адресе памяти. Память программы обычно выглядит примерно так:

Инструкции программы, как правило, включаются в сегмент памяти .text . Мы можем в этом убедиться на примере нашей программы, запустив info files в GDB. Программа info files показывает нам различные разделы в диапазонах адресов памяти:

Мы видим, что в сегменте .text находятся адресные пространства между 0x0000555555555060 — 0x00005555555551e5 , и что наша первая инструкция ( 0x555555555149 на рисунке 2) действительно так же находится в сегменте .text . А теперь пройдёмся по ассемблерному коду.

Подготовка к вызову функции

Сначала нам нужно подготовить стековый фрейм, чтобы вызвать функцию printf . Первые две инструкции ( push и mov , endbr64 — обычно это noop-инструкция) используются для подготовки нового стекового фрейма к выполнению, так как мы вызываем функцию. Нам нужно сохранить имеющийся %rbp (регистр-указатель базы), который указывает на нижнюю часть (говоря об адресе памяти) текущего стекового фрейма. Сделать это можно, добавив его в стек. Сейчас в этих адресах памяти ничего нет, так как это первая функция.

Затем мы делаем новое значение %rbp равным %rsp , оно указывает на вершину стека. Теперь %rbp имеет верное значение для нового стекового фрейма. Наконец, мы должны загрузить аргумент в регистр %rdi , куда всегда загружается первый аргумент (это похоже на оптимизацию во время компиляции: обычно аргументы добавляются в стек, а затем выталкиваются в регистры после вызова функции). Инструкция lea 0xeac(%rip), %rdi в адресе 0x555555555151 на рисунке 2, по сути, сообщает процессору, что нужно загрузить то, что находится в адресе 0xeac + %rip (возвращение указателя инструкций; это указывает на инструкцию, которая будет выполняться следующей) в %rdi (регистр индекса данных, этот регистр часто используется для хранения первого аргумента в функциях). Скобки обычно указывают на операцию сложения: 0xeac + %rip = 0x555555556004 . В нашем случае 0x555555556004 должно быть указателем на строку «Hello World!», которая находится в разделе .rodata , так как это аргумент для нашей функции printf . Выполняя x 0x555555556004 и info files в GDB, убеждаемся, что это действительно так:

Одно здесь может быть вам непонятно: почему при попытке выяснить, где находится строка с «Hello World!», в инструкциях используется относительный адрес счётчика команд вместо абсолютного? Главным образом из-за того, что фрагмент со всей памятью программы может быть перемещён на разные адреса памяти, и программа всё равно будет работать, так как она не использует абсолютные адреса.

Функция

Теперь, когда мы подготовили вызов функции, нам нужно вызвать саму функцию. Здесь надо обратить внимание на то, что printf относится к стандартной библиотеке C, которая часто является динамически подключаемой. Следующим этапом (как показано на рисунке 2) будет вызов функции в адресе 0x555555555050 . Так как эта функция динамически подключаемая, можно ожидать этот адрес в разделе .plt . Заметьте, что этот адрес абсолютный, а абсолютные адреса лишают нас удовольствия перемещать программу в памяти. Однако этот адрес немного отличается, так как он определяется во время выполнения, а не во время компиляции.

Напомним, что раздел .plt представляет собой таблицу связывания процедур. Можно считать её набором функций (хотя в ней нет инструкций для функций, тем не менее с её помощью можно определить фактические адреса функций). Эта таблица предназначена для того, чтобы разные программы могли использовать один и тот же раздел .text для общих библиотек, делая данные в этом сегменте доступными только для чтения. Благодаря этому разделу мы можем перезаписывать смещения памяти в разделе .plt вместо того, чтобы менять инструкции общих библиотек. Делая инструкции в общих библиотеках доступными только для чтения, мы можем совместно использовать их в разных процессах. .plt служит уровнем косвенной адресации для переноса проблемы адресации с сегмента .text в раздел .plt . Точкой входа для функций в общих библиотеках всегда будет .plt .

Мы можем проверить это, снова запустив info files (см. рисунок 1) и посмотрев, в каком разделе находится этот адрес. Он находится в разделе .plt.sec ( .plt.sec используется вместо .plt , когда включена технология IBT — indirect branch tracking, но это не так важно). Вы спросите: «А как же компилятор узнал, что ему надо направиться по этому адресу?». Функции находятся в заданном месте в .plt.sec , так как количество инструкций на функцию постоянно. Единственное, что должно волновать компилятор: в каком смещении будет находиться функция. Функция у нас только одна, поэтому она всегда будет в первом смещении от начала .plt.sec . Если бы функций было больше, то было бы отображение символа в смещение в .plt.sec , в которое компилятор помещал функцию при выполнении отображения адресов для общих библиотек. Откуда компилятору знать, где находится раздел .plt.sec ? Компилятор сам решает, в какие адреса памяти помещать код, и место для раздела, соответственно, выбирает он же!

И здесь снова у вас может возникнуть вопрос: почему пользовательский интерфейс GDB показывает puts@plt вместо printf@plt ? А всё просто: это оптимизация во время компиляции. Так как наша функция printf не использует строки форматирования, компилятор предпочитает puts .

Перейдя в .plt.sec , мы видим три инструкции. endbr64 — это фактически noop-инструкция, bnd jumpq *0x2fbd(%rip) и nopl — тоже, по сути, noop-инструкции. Рассмотрим подробнее bnd jumpq *0x2fbd(%rip) . На bnd не обращаем внимания (это директива включения в Intel MPX, но является noop, если не поддерживается аппаратными средствами), jumpq *0x2fbd(%rip) выполняет переход указателя инструкций на адрес в 0x2fbd + %rip (звёздочки, как и в C, разыменовывают всё, что находится по указанному адресу). В нашем случае это 0x555555558018 . Следует ожидать, что 0x555555558018 будет в глобальной таблице смещений (см. рисунок 1, адрес находится в разделе .got ) и адрес в этом месте должен быть адресом функции в разделе .plt . Давайте посмотрим, что находится по этому адресу:

Судя по рисунку 1, этот адрес внутри раздела .plt . Чтобы понять, зачем нам раздел .got и раздел .plt (два слоя косвенности), прочтите эту статью (eng).

Давайте посмотрим, что происходит в 0x555555555030 внутри .plt .

Этот раздел сначала добавляет 0x0 в стек (указатель функции; не забывайте, что есть отображение функции в смещение и что это первая функция), а затем происходит переход к первому разделу в .plt , который начинается, как мы знаем, в 0x555555555020 . Это известный адрес, потому что каждый раз, когда мы впервые вызываем динамически подключаемую функцию из .plt , нам нужно перейти к первому «элементу» в .plt и вызвать библиотеку ld-linker.so . Эта запись (первая запись) в .plt особая: она поможет нам найти фактический адрес функции, а также вернуть в исходное положение индекс глобальной таблицы смещений для этой функции, указывающий на фактическое начало функции, а не на .plt . И в следующий раз, когда мы вызовем функцию, она проследует из .plt.sec прямиком к фактическому адресу функции, минуя глобальную таблицу смещений. Мы можем проверить это, снова вызвав printf после первого вызова. Это так называемое «связывание по запросу».

Эта часть кода должна привести нас к компоновщику для динамического связывания функции. Так и происходит! Мы оказываемся в функции внутри /lib64/ld-linux-x86–64.so.2 . Неплохо было бы проверить, используется ли адрес 0x7ffff7fe7ae0 совместно разными процессами, ведь это общая библиотека.

Пробежавшись по функции, запускаемой в коде компоновщика, мы обнаружим, что он приводит нас к функции puts в общей библиотеке!

Кроме того, надо проверить, что запись в глобальной таблице смещений возвращена в исходное положение и указывает на 0x7ffff7e5a5a0 , первую инструкцию в функции puts .

Так и есть! Теперь в следующий раз при попытке вызвать puts мы сразу перейдем к функции, минуя .plt . Нам также надо убедиться, что после всего этого мы вернёмся обратно в main . info frame показывает, что сохраненный %rip находится в 0x55555555515d , в адресе следующей инструкции main , на которой мы остановились.

Пропуская всё, что относится к функции puts , мы снова добираемся до функции main .

Инструкция mov помещает возвращаемое значение в регистр %eax . Прежнее значение %rbp удалено (pop) из стека и помещено в регистр %rbp . Инструкция retq удаляет старый сохранённый %rip и помещает его в регистр %rip . Следующая инструкция запустит очистку по окончании main . Вот как работает знаменитая программа «Hello World!».