Mọi chương trình trên máy bạn đều có một tiểu sử: mã nguồn, object file, rồi một lần liên kết Chương trình không mọc ra từ hư không — có người viết, rồi máy dịch Every program on your machine has a life story: source code, object files, then one act of linking

Object file — mảnh nhị phân còn dang dở Object file — mảnh ghép chưa hoàn chỉnh Object file — a binary that is almost finished

Phần lớn chương trình C quá lớn để nhét vừa một tệp: tệp khổng lồ trở nên lộn xộn với lập trình viên, và đôi khi chính trình biên dịch cũng chật vật xử lý.1 Vì thế người ta tách mã nguồn thành từng mảnh, mỗi mảnh một tệp, rồi dùng tuỳ chọn -c trên từng tệp để tạo object file chứa mã nhị phân sẽ đi vào chương trình cuối cùng.12

Một chương trình lớn không viết trong một tệp — sẽ rối lắm. Người ta chia ra nhiều tệp, dịch riêng từng tệp thành một mảnh nhị phân gọi là object file (đuôi .o). Nhớ nhé: mỗi tệp chữ cho ra một mảnh ghép.

Most C programs are too large to fit reasonably in a single file: mammoth files become disorganized for the programmer, and compilers sometimes have trouble processing them.1 So developers split the source into pieces, one file each, and use the compiler's -c option on each file to create object files containing the binary object code that will eventually go into the final executable.12

Mặc định, cc đặt tên tệp object theo tên nguồn với đuôi .o; nếu bạn không dùng -o khi tạo chương trình, kết quả là một tệp tên a.out.12

By default cc names the object file after the source with a .o suffix; if you don't pass -o when building a program, the result is a file called a.out.12

Trình liên kết — người ghép các mảnh lại Trình liên kết — người dán các mảnh The linker — the one who joins the pieces

Để dựng một chương trình chạy được từ một hoặc nhiều object file, bạn phải chạy trình liên kết, lệnh ld trong Unix.1 Tuy nhiên lập trình viên hiếm khi gọi ld trực tiếp trên dòng lệnh, vì trình biên dịch C đã biết cách chạy nó giúp: cc -o myprog main.o aux.o.1

Có các mảnh rồi thì cần người dán chúng lại. Người đó tên là ld. Nhưng bạn không phải gọi nó — cc tự gọi hộ. Nhớ nhé: cc vừa dịch vừa gọi thợ dán.

To build a fully functioning executable from one or more object files, you must run the linker, the ld command in Unix.1 Programmers rarely use ld on the command line, though, because the C compiler knows how to run the linker for them: cc -o myprog main.o aux.o.1

Thư viện C — một bó object file đã dịch sẵn Thư viện — hộp đồ dùng chung A C library — a bundle of precompiled object files

Chạy trình biên dịch trên mã nguồn thường không cho đủ mã object để tự nó thành một chương trình hữu ích; bạn cần thư viện.1 Ward định nghĩa gọn: thư viện C là tập hợp các thành phần dùng chung đã biên dịch sẵn, thực chất không hơn một bó object file kèm vài tệp header.1 Ví dụ quen thuộc là thư viện toán chuẩn, nơi nhiều chương trình lấy các hàm lượng giác.1

Không ai tự làm lại mọi thứ. Có sẵn những hộp đồ dùng chung — gọi là thư viện — chứa các mảnh đã dịch sẵn, ai cần thì lấy ra ghép vào. Nhớ nhé: thư viện là hộp đồ nghề đi mượn.

Running the compiler on source code usually doesn't produce enough object code to make a useful executable on its own; you need libraries.1 Ward's definition is compact: a C library is a collection of common precompiled components, really not much more than a bundle of object files along with some header files.1 The familiar example is the standard math library, which many executables draw on for trigonometric functions.1

Có một thư viện luôn được gộp vào trừ khi bạn cố tình loại ra: thư viện chuẩn C, tệp cơ bản là libc.a.1 Nhưng hầu hết chương trình trên máy bạn dùng bản chia sẻ của nó — đó là cầu nối sang mục sau.1

One library is always included unless you specifically exclude it: the C standard library, whose basic file is libc.a.1 But most programs on your system use its shared version — which is the bridge to the next section.1

Tệp header và bộ tiền xử lý C Tệp khai báo và người dọn đường Header files and the C preprocessor

Header C là các tệp mã nguồn bổ sung, thường chứa khai báo kiểu và khai báo hàm thư viện — stdio.h trong chương trình mẫu là một ví dụ.1 Ward nói thẳng: rất nhiều vấn đề biên dịch liên quan tới header, phần lớn xảy ra khi trình biên dịch không tìm thấy header hoặc thư viện.1

Ngoài tệp chữ chính, còn có những tệp nhỏ chuyên đi khai báo trước: “có hàm tên này, nhận tham số kiểu kia”. Chúng đuôi .h. Máy không tìm thấy chúng là báo lỗi ngay. Nhớ nhé: đuôi .h là tờ khai, đuôi .c là việc làm thật.

C header files are additional source files that usually contain type and library function declarations — stdio.h in the sample program is one.1 Ward is blunt: a great number of compilation problems are related to header files, most of them occurring when the compiler can't find headers or libraries.1

Ward khép lại phần này bằng một lời nhắc đáng nhớ: bộ tiền xử lý C không biết gì về cú pháp C, biến, hàm hay các thành phần khác — nó chỉ hiểu macro và chỉ thị của chính nó.1

Ward closes the section with a line worth remembering: the C preprocessor knows nothing about C syntax, variables, functions or other elements — it understands only its own macros and directives.1

Thư viện tĩnh — độc lập nhưng đông cứng Chép hẳn vào — chắc chắn nhưng nặng Static libraries — self-contained but frozen

Khi đã sao mã vào, chương trình cuối cùng không còn cần tệp thư viện gốc lúc chạy nữa, và hành vi của nó không đổi ngay cả khi tệp .a thay đổi.1 Đó là ưu điểm — và cũng chính là nhược điểm.

Chép hẳn vào ba lô thì đi đâu cũng dùng được, không sợ kho đóng cửa. Nhưng ba lô nặng, và nếu kho sửa lại món đồ thì ba lô của bạn vẫn giữ món cũ. Nhớ nhé: chép vào thì an toàn nhưng không cập nhật được.

Once the code is copied in, the final executable no longer needs the original library file when it runs, and its behaviour is not subject to change if the .a file changes.1 That is the advantage — and equally the drawback.

ldd — liệt kê thư viện mà một chương trình cần ldd — hỏi xem chương trình cần mượn gì ldd — listing what a program needs

Để xem một chương trình dùng những thư viện chia sẻ nào, chạy ldd prog.18 Ward lấy chính shell làm ví dụ, ldd /bin/bash, và đọc kết quả rất rõ ràng: phía trái dấu => là tên thư viện — thứ mà chương trình biết; phía phải là nơi ld.so tìm thấy thư viện đó.1

Gõ ldd rồi tên chương trình, máy sẽ liệt kê nó cần mượn những gì và mượn ở đâu. Nhớ nhé: ldd là bảng kê đồ đi mượn.

To see which shared libraries a program uses, run ldd prog.18 Ward uses the shell itself, ldd /bin/bash, and reads the output plainly: the left of the => is the library name — what the executable knows; the right is where ld.so found it.1

Một chương trình nhỏ tên ld.so — trình liên kết/nạp động lúc chạy — mới là bên tìm và nạp thư viện chia sẻ cho chương trình tại thời điểm chạy.1

A small program named ld.so — the runtime dynamic linker/loader — is what actually finds and loads shared libraries for a program at run time.1

ld.so tìm thư viện theo thứ tự nào Máy đi tìm hộp đồ ở đâu trước The order in which ld.so searches

Ward nói đây là một trong những điểm rắc rối phổ biến nhất: trình liên kết động không tìm ra thư viện.1 Theo cách trình bày của ông, chỗ đầu tiên nó nên tìm là đường dẫn tìm kiếm thư viện lúc chạy (rpath) được cấu hình sẵn trong chương trình, nếu có; kế đó là bộ nhớ đệm hệ thống /etc/ld.so.cache; và còn một chỗ nữa là biến môi trường LD_LIBRARY_PATH.1

Khi chạy, máy phải đi tìm các hộp đồ dùng chung. Nó tìm theo thứ tự: chỗ ghi sẵn trong chương trình trước, rồi tới sổ tay tra nhanh của hệ thống. Nhớ nhé: có thứ tự tìm, và thứ tự đó quyết định bạn lấy trúng bản nào.

Ward calls this one of the common trouble points: the dynamic linker being unable to find a library.1 In his account, the first place it should normally look is the executable's preconfigured runtime library search path (rpath), if it exists; next a system cache, /etc/ld.so.cache; and there is one more place, the environment variable LD_LIBRARY_PATH.1

rpath và cạm bẫy mang tên LD_LIBRARY_PATH Cách làm đúng và cách làm sai rpath, and the trap called LD_LIBRARY_PATH

Khi bạn biên dịch phần mềm cần một đường dẫn thư viện ít gặp, Ward khuyên cấp cho chương trình một đường dẫn tìm kiếm thư viện lúc chạy dựng sẵn bên trong.1 Ví dụ của ông: với libweird.so.1 nằm trong /opt/obscure/lib, hãy liên kết bằng cc -o myprog myprog.o -Wl,-rpath=/opt/obscure/lib -L/opt/obscure/lib -lweird — và ông nhấn mạnh rằng dù đã dùng -Wl,-rpath, bạn vẫn cần cờ -L.136

Nếu hộp đồ để ở chỗ lạ, cách đúng là ghi luôn địa chỉ đó vào trong chương trình lúc dựng. Cách sai là mỗi lần chạy lại hô to “tìm ở đây này!”. Nhớ nhé: ghi địa chỉ vào chương trình, đừng hô mỗi lần chạy.

When you compile software that needs an obscure library path, Ward advises giving the executable a built-in runtime library search path.1 His example: for libweird.so.1 in /opt/obscure/lib, link with cc -o myprog myprog.o -Wl,-rpath=/opt/obscure/lib -L/opt/obscure/lib -lweird — and he stresses that even when you use -Wl,-rpath, you still need the -L flag.136

Hai giải pháp phòng ngừa tốt nhất, theo Ward: hoặc dùng một phương pháp nhất quán để cài thư viện chia sẻ kèm -Wl,-rpath tạo đường dẫn liên kết lúc chạy, hoặc đơn giản là dùng bản tĩnh của những thư viện ít tên tuổi.1

The two best preventive solutions, per Ward: either use a consistent methodology to install shared libraries with -Wl,-rpath to create a runtime link path, or simply use the static versions of obscure libraries.1

Đọc một Makefile năm dòng Tờ hướng dẫn ngắn nhất có thể Reading a five-line Makefile

Ward dựng tiếp ví dụ aux.c + main.c ở mục 15.1.1 thành một Makefile rất đơn giản tạo ra chương trình myprog.1 Dấu # ở dòng đầu là chú thích; dòng kế là định nghĩa macro đặt biến OBJS thành hai tên tệp object, và bạn tham chiếu lại nó bằng cú pháp $(OBJS).1

Tờ hướng dẫn chỉ có vài dòng: dòng đầu là ghi chú, dòng sau đặt tên tắt cho danh sách tệp, rồi tới các đích cần làm. Nhớ nhé: Makefile chỉ là tờ ghi “muốn gì, cần gì, làm sao”.

Ward builds the aux.c + main.c example from 15.1.1 into a very simple Makefile that produces the program myprog.1 The # on the first line denotes a comment; the next line is a macro definition setting OBJS to two object filenames, which you reference later as $(OBJS).1

Quy tắc dựng sẵn — và ký tự tab khét tiếng make đã biết sẵn vài việc Built-in rules — and the notorious tab

Làm sao make biết cách đi từ aux.c sang aux.o, khi aux.c thậm chí không xuất hiện trong Makefile? Câu trả lời là make có sẵn một số quy tắc dựng sẵn: nó biết đi tìm tệp .c khi bạn muốn một tệp .o, và biết chạy cc -c trên tệp .c đó.116

make đã học thuộc vài việc thường làm, nên bạn không phải dặn. Muốn tệp .o à? Nó tự đi tìm tệp .c cùng tên. Nhớ nhé: có những việc make tự biết, bạn không cần viết ra.

How does make know how to get from aux.c to aux.o, when aux.c isn't even in the Makefile? Because make has built-in rules: it knows to look for a .c file when you want a .o file, and knows to run cc -c on that .c file.116

Cập nhật theo phụ thuộc — phản ứng dây chuyền Chỉ làm lại phần nào đã đổi Dependency updates — the chain reaction

Nguyên tắc cuối cùng cần nắm: mục đích của make nói chung là đưa các mục tiêu về trạng thái cập nhật so với phụ thuộc của chúng, và nó được thiết kế để chỉ làm số bước tối thiểu cần thiết — điều có thể tiết kiệm rất nhiều thời gian.1 Gõ make hai lần liên tiếp, lần thứ hai bạn nhận được: make: Nothing to be done for 'all'.1

Nếu không có gì đổi, make sẽ không làm lại. Nó chỉ làm lại đúng phần nào có tệp mới hơn. Nhớ nhé: đổi tới đâu, làm lại tới đó thôi.

The last fundamental: in general make's goal is to bring targets up to date with their dependencies, and it is designed to take only the minimum steps necessary — which can mean considerable time savings.1 Type make twice in a row and the second run prints make: Nothing to be done for 'all'.1

Macro, biến và các mục tiêu quy ước Những cái tên bạn sẽ gặp đi gặp lại Macros, variables and conventional targets

Ward phân biệt: macro là thứ thường không đổi sau khi make bắt đầu dựng mục tiêu, còn biến thì thay đổi trong lúc dựng và bắt đầu bằng dấu $.1 Các macro phổ biến nhất: CFLAGS (tuỳ chọn trình biên dịch C), LDFLAGS (tuỳ chọn cho trình liên kết), LDLIBS (tên thư viện, khi bạn không muốn gộp chung với đường dẫn tìm kiếm trong LDFLAGS), CC (trình biên dịch C, mặc định cc), CPPFLAGS (tuỳ chọn tiền xử lý C) và CXXFLAGS (GNU make dùng cho cờ trình biên dịch C++).116

Trong Makefile có những cái tên viết hoa hay gặp: CC là trình dịch, CFLAGS là các tuỳ chọn cho nó. Biết vài cái tên này là đọc được phần lớn Makefile. Nhớ nhé: chữ hoa là chỗ để chỉnh, không phải chỗ để sợ.

Ward draws the line this way: a macro usually doesn't change after make starts building targets, while a variable changes as you build and begins with a dollar sign.1 The most common macros: CFLAGS (C compiler options), LDFLAGS (options for the linker), LDLIBS (library-name options, when you don't want to combine them with the search path in LDFLAGS), CC (the C compiler, default cc), CPPFLAGS (C preprocessor options) and CXXFLAGS (GNU make uses this for C++ compiler flags).116

Ward khép mục bằng một cảnh báo về tính di động: GNU make có nhiều phần mở rộng, quy tắc dựng sẵn và tính năng mà các biến thể khác không có — ổn khi bạn chạy Linux, nhưng bước sang một máy Solaris hay BSD thì bạn có thể bất ngờ; đó chính là bài toán mà một hệ thống dựng đa nền tảng như GNU autotools sinh ra để giải.1

Ward closes the section with a portability warning: GNU make has many extensions, built-in rules and features other variants lack — fine while you're on Linux, but step onto a Solaris or BSD machine and you may be in for a surprise; that is exactly the problem a multiplatform build system such as GNU autotools is designed to solve.1

Lex và Yacc — những viên gạch dựng nên ngôn ngữ Hai công cụ để chế ra ngôn ngữ Lex and Yacc — building blocks for languages

Bạn có thể gặp Lex và Yacc khi biên dịch các chương trình đọc tệp cấu hình hoặc đọc lệnh; Ward gọi chúng là những viên gạch xây nên ngôn ngữ lập trình.1 Lex là bộ tách token, biến văn bản thành các thẻ được đánh số kèm nhãn; bản GNU/Linux tên là flex, và bạn có thể cần cờ liên kết -ll hoặc -lfl đi kèm.119

Hai công cụ này dùng để làm ra ngôn ngữ mới. Một cái cắt văn bản thành từng từ, cái kia xem các từ đó ghép lại có đúng ngữ pháp không. Nhớ nhé: một cái cắt từ, một cái soát ngữ pháp.

You might encounter Lex and Yacc while compiling programs that read configuration files or commands; Ward calls them building blocks for programming languages.1 Lex is a tokenizer that transforms text into numbered tags with labels; the GNU/Linux version is named flex, and you may need a -ll or -lfl linker flag alongside it.119

Ngôn ngữ kịch bản — chạy thẳng, không qua biên dịch Ngôn ngữ chạy thẳng Scripting languages — run directly, no compiling

Đã có thời người quản trị Unix trung bình không phải bận tâm gì ngoài Bourne shell và awk; kịch bản shell vẫn là phần quan trọng của Unix, nhưng awk đã phai nhạt phần nào, trong khi nhiều hậu duệ mạnh mẽ nổi lên — thậm chí nhiều chương trình hệ thống đã chuyển từ C sang ngôn ngữ kịch bản.1

Có những ngôn ngữ không cần dịch trước: bạn viết xong là chạy được luôn. Python và Perl là hai cái tên quen nhất. Nhớ nhé: viết xong chạy ngay, không qua bước dịch.

There was a time when the average Unix systems manager didn't have to worry about much beyond the Bourne shell and awk; shell scripts remain an important part of Unix, but awk has faded somewhat, while many powerful successors have emerged — and many system programs have actually switched from C to scripting languages.1

Java — biên dịch, nhưng không ra mã máy Java — dịch ra một thứ ở giữa Java — compiled, but not to machine code

Java là ngôn ngữ biên dịch như C, với cú pháp đơn giản hơn và hỗ trợ mạnh cho lập trình hướng đối tượng; nó có vài chỗ đứng riêng trên hệ Unix — thường làm môi trường ứng dụng web, và ứng dụng Android thường được viết bằng Java.1 Có hai loại trình biên dịch Java: trình biên dịch bản địa sinh mã máy cho hệ thống của bạn (như trình biên dịch C), và trình biên dịch bytecode dành cho một trình thông dịch bytecode — và trên Linux bạn gần như luôn gặp bytecode.1

Java cũng phải dịch, nhưng không dịch thẳng ra tiếng của máy. Nó dịch ra một thứ ở giữa, rồi một chương trình khác đọc thứ ở giữa đó mà chạy. Nhớ nhé: Java dịch ra “tiếng trung gian”, chạy được trên nhiều loại máy.

Java is a compiled language like C, with simpler syntax and powerful support for object-oriented programming; it has a few niches on Unix systems — often as a web application environment, and Android applications are usually written in Java.1 There are two kinds of Java compiler: native compilers producing machine code for your system (like a C compiler), and bytecode compilers for use by a bytecode interpreter — and on Linux you'll practically always encounter bytecode.1

Ward kết chương bằng cái nhìn tới trước: thế giới trình biên dịch và ngôn ngữ kịch bản rất rộng và không ngừng mở rộng; tại thời điểm ông viết, các ngôn ngữ biên dịch mới như Go (golang) và Rust đang phổ biến dần, còn bộ hạ tầng trình biên dịch LLVM đã giúp việc phát triển trình biên dịch dễ đi đáng kể.126

Ward ends the chapter looking forward: the world of compilers and scripting languages is vast and constantly expanding; as of his writing, newer compiled languages such as Go (golang) and Rust were gaining popularity, while the LLVM compiler infrastructure has significantly eased compiler development.126