兩年前，甲子跟我提起，他在考慮寫一本講述計算機(jī)程序基本工作原理的書，由于代碼背后的許多細(xì)節(jié)現(xiàn)在難以找到完整而又實用的資料，因此，系統(tǒng)性地講述這些技術(shù)要素一定非常有意義。這是我非常感興趣的話題，因為最近幾年來，我每次給學(xué)生講課或作技術(shù)報告時，經(jīng)常會提到程序背后的一些細(xì)節(jié)知識，而當(dāng)有人請我推薦一些參考資料時，我很難想得出有什么恰當(dāng)?shù)膮⒖紩�可供學(xué)習(xí)。我自己也曾想過要寫一點這方面的書，只是一直下不了決心做這件事情。甲子的提議讓我意識到，寫這樣一本書的機(jī)會來了。于是，我們認(rèn)真規(guī)劃了書的選題。按我的建議，這應(yīng)該是三卷本的書，每卷獨立，合起來成一體系。第一卷是基礎(chǔ)篇，介紹程序的基本運行過程，即是您現(xiàn)在看到的這本書。其他兩卷還需要時日和機(jī)緣。
　　在過去兩年中，我曾經(jīng)以“Inside Windows Programs”為題在多所高校作過報告，旨在介紹Windows程序背后的一些支撐技術(shù)。對于正在學(xué)習(xí)計算機(jī)或軟件專業(yè)的學(xué)生，或者正在從事軟件開發(fā)的工程師們，我認(rèn)為理解這些支撐技術(shù)是很有必要的。試想，即使一個簡單的“Hello World!”程序，也依賴于背后的輸入輸出庫（或流庫）及系統(tǒng)提供的模塊，這種依賴性已經(jīng)成為現(xiàn)代軟件在操作系統(tǒng)環(huán)境下運行的一個必要條件。然而，有關(guān)這些支撐技術(shù)的系統(tǒng)性資料卻少而又少，雖然Internet上并不缺乏任何一方面的細(xì)節(jié)信息，但是，能將程序的編譯和運行過程所涉及的各種技術(shù)全面地串連起來介紹的，卻尚未有先例。
　　甲子曾經(jīng)在2006年夏天跟我實習(xí)過兩個月，他幫我搭建了一個在Windows已有體系結(jié)構(gòu)下將交換空間重定向到遠(yuǎn)程機(jī)器物理內(nèi)存的原型系統(tǒng)。完成這一系統(tǒng)并非易事，而且甲子事前并無Windows內(nèi)核編程經(jīng)驗，但是，他憑借扎實的計算機(jī)系統(tǒng)軟件功底，成功地打通了從頁面錯誤（page fault）異常例程到遠(yuǎn)程機(jī)器內(nèi)存管理器之間的數(shù)據(jù)通路。在這一段實習(xí)經(jīng)歷中，我不僅看到了他駕馭代碼和系統(tǒng)的能力，也感受到他做事認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度。因此，當(dāng)他提出要寫一本介紹程序基礎(chǔ)的書時，我認(rèn)為他是非常合適的人選�？紤]到寫書的艱巨性，他推薦石凡同學(xué)加入進(jìn)來，這才有了我們?nèi)齻�人的組合。我原先擔(dān)心寫作的進(jìn)度，畢竟寫這樣一本書需要大量的時間投入。幸運的是，在甲子和石凡的不懈努力下，這本書終于面市了。
　　本書講解的內(nèi)容，涉及在Windows和Linux兩個系統(tǒng)平臺上，一個應(yīng)用程序在編譯、鏈接和運行時刻所發(fā)生的各種事項，包括：代碼指令是如何保存的，庫文件如何與應(yīng)用程序代碼靜態(tài)鏈接，應(yīng)用程序如何被裝載到內(nèi)存中并開始運行，動態(tài)鏈接如何實現(xiàn)，C/C++運行庫如何工作，以及操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)服務(wù)是如何被調(diào)用的。每個技術(shù)專題都配備了大量圖示和代碼實例，力求將復(fù)雜的機(jī)制以簡潔的形式表達(dá)出來。本書最后還提供了一個小巧且跨平臺的C/C++運行庫MiniCRT，綜合展示了與運行庫相關(guān)的各種技術(shù)。
　　關(guān)于寫作這本書的功勞，我不敢掠美。在創(chuàng)作之初，包括擬定提綱及甄選內(nèi)容方面，我跟甲子有過認(rèn)真而細(xì)致的討論；在寫作過程中，我對甲子和石凡的初稿提出過一些建議，尤其在表述方面，同時我也協(xié)助他們與編輯進(jìn)行了溝通和交流。對于正文的內(nèi)容，我并無實質(zhì)性的貢獻(xiàn)，但基于我對甲子和石凡兩位年輕人的了解，我相信他們自身的技術(shù)實踐功底，以及足夠的技術(shù)闡釋能力。我期待這本書能夠真正地提升程序員的自我修養(yǎng)，讓程序員總是生活在“知其然，更知其所以然”的代碼曼妙中。
　　最后，我要感謝這本書的四位編輯，他們是何艷、方舟、劉鐵鋒和陳元玉，謝謝他們?yōu)檫@本書付出的努力。還要感謝博文視點團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人周筠女士，謝謝她給予兩位年輕作者的扶持和關(guān)愛。
　　潘愛民
　　2009年2月于北京微軟
　　七、作者序2
　　兩年前，我在浙江大學(xué)的一著名BBS的C++板塊上擔(dān)任版主，而俞甲子則是板上的資深版友（以及前版主）。那時候我對鏈接裝載、運行庫等內(nèi)容比較感興趣，自己摸索著在博客上寫了一篇關(guān)于鏈接的入門文章，而這就是一切的開始。
　　我猜想俞甲子可能對寫這么一本書早有想法，看到我的文章正好找到了同路人。他找到了我和潘愛民老師，我們一拍即合，就開始了這長達(dá)兩年的寫作歷程�？紤]到當(dāng)時俞甲子已經(jīng)在鏈接部分有了相當(dāng)?shù)姆e累，因此我不得不放棄我最有興趣的一部分轉(zhuǎn)而在運行環(huán)境上做文章。我把glibc和msvcrt的源代碼翻了個底朝天，了解到了許多平時不可能接觸到的內(nèi)幕和技術(shù)細(xì)節(jié)。事實上，這基本是一個現(xiàn)學(xué)現(xiàn)賣的過程，我一邊學(xué)習(xí)著新的知識，一邊把新知識組織整理寫成文字。讀者在看某些章節(jié)的時候，會發(fā)現(xiàn)這些章節(jié)的講解過程就是一個源代碼的挖掘過程，這實際上也就是我的學(xué)習(xí)過程。學(xué)習(xí)研究他人的代碼是枯燥而耗時的，我很高興能夠做這樣一個先行者，將我的經(jīng)驗寫進(jìn)書里，讓讀者能夠避免重復(fù)勞動，直接獲得其中的經(jīng)驗和關(guān)鍵技術(shù)。
　　本書所講的內(nèi)容不是活躍在當(dāng)今IT舞臺上的高新技術(shù)，也不是雄踞計算機(jī)某個領(lǐng)域的王牌霸主，而是默默服務(wù)于所有計算機(jī)應(yīng)用的掃地僧。也許閱讀本書不能夠直接在平時學(xué)習(xí)工作中的生產(chǎn)力上得到體現(xiàn)，但了解計算機(jī)的臺前幕后會對讀者產(chǎn)生潛移默化的影響。當(dāng)你的程序無法啟動的時候，你可能會在腦海里多設(shè)想一種可能性；當(dāng)你的代碼鏈接失敗的時候，你可能會更快地意識到問題的所在；當(dāng)你的程序發(fā)生非法操作的時候，你可能不至于面對微軟的錯誤報告毫無頭緒。有人總愛用“時效性”評價當(dāng)今的IT技術(shù)。仿佛一項技術(shù)的生存期就只有幾年。我不能說這樣的想法是錯誤的，如今的技術(shù)的確在飛速地更替和發(fā)展。但是本書所講的技術(shù)，大多是成型在十年前，乃至二十年前，它們是整個計算機(jī)行業(yè)技術(shù)的根本，也幾乎是現(xiàn)在所有計算機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)。在當(dāng)今的計算機(jī)技術(shù)發(fā)生根本性變革之前，這些技術(shù)還將繼續(xù)存在并保持活力。
　　我很榮幸能夠有機(jī)會和讀者分享這些技術(shù)，但寫作水平有限（我在語文課上歷來不是個好學(xué)生），最終在文字和結(jié)構(gòu)上頗有缺憾，只能在這里說一聲抱歉。在這里要感謝我小學(xué)、初中和高中的語文老師，謝謝你們當(dāng)初對我的教導(dǎo)，盡管最終可能辜負(fù)了你們的希望。感謝潘老師、博文視點的編輯及所有支持我們的朋友們，謝謝你們對我們的幫助。最后要感謝我的父母，沒有你們，我永遠(yuǎn)不可能走到今天這一步。
　　石凡
　　2009年2月于杭州
　　八、作者序3
　　CPU體系結(jié)構(gòu)、匯編、C語言（包括C++）和操作系統(tǒng)，永遠(yuǎn)都是編程大師們的護(hù)身法寶，就如同少林寺的《易筋經(jīng)》，是最為上乘的武功；學(xué)會了《易筋經(jīng)》，你將無所不能，任你創(chuàng)造武功；學(xué)會了編程“易筋經(jīng)”，大師們可以任意開發(fā)操作系統(tǒng)、編譯器，甚至是開發(fā)一種新的程序設(shè)計語言！
　　——佚名
　　
　　念書的時候，作為標(biāo)準(zhǔn)的愛好技術(shù)的宅男，每天掃一遍各大高校BBS的技術(shù)版面，基本好比一日三餐一樣平常。我對計算機(jī)技術(shù)方面的口味很雜，從匯編版到C++到Linux內(nèi)核開發(fā)、Linux應(yīng)用開發(fā)、游戲開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)、編程語言、體系結(jié)構(gòu)、移動開發(fā)、開源閉源我都會參上一腳。
　　我始終認(rèn)為技術(shù)優(yōu)劣取決于需求，與很多持有“編程語言血統(tǒng)論”的程序開發(fā)者不同，我不認(rèn)為C++或Java本身有什么直接可比性，或者OOP與函數(shù)式編程誰優(yōu)誰劣，我始終堅持認(rèn)為作為開發(fā)者，MOP（Market/Money Oriented Programming）才是唯一不變的編程范式。于是我往往不參與那些技術(shù)、平臺、語言教派之間的宗教戰(zhàn)爭，這種論戰(zhàn)基本上每周都會有，我很佩服論戰(zhàn)各方見多識廣、旁征博引、高屋建瓴的論斷，但我往往只是灌灌水調(diào)節(jié)一下思緒。相反，我很關(guān)注一些與語言、平臺等相對獨立的基本的系統(tǒng)概念方面的問題，這些問題比較具體，也比較實用，比如：
　　為什么程序是從main開始執(zhí)行？
　　“malloc分配的空間是連續(xù)的嗎？”
　　“PE/ELF文件里面存的是什么？”
　　“我想寫一個不需要操作系統(tǒng)可以直接在硬件上跑的程序該怎么做？”
　　“目標(biāo)文件是什么？鏈接又是什么？”
　　“為什么這段程序鏈接時報錯？”
　　“句柄到底是什么東西？”
　　這些問題看似很簡單但實際上有很多值得深入挖掘的地方，比如第一個問題圍繞著main函數(shù)執(zhí)行前后可以延伸出一大堆問題：程序入口、運行庫初始化、全局/靜態(tài)對象構(gòu)造析構(gòu)、靜態(tài)和動態(tài)鏈接時程序的初始化和裝載等。我們把這些問題歸結(jié)起來，發(fā)現(xiàn)主要是三個很大的而且連貫的主題，那就是“鏈接、裝載和庫”。
　　事實上，現(xiàn)在市面上和網(wǎng)絡(luò)上能找到的計算機(jī)技術(shù)方面的書籍和資料中，什么都很齊全，唯獨關(guān)于這三個主題的討論十分稀缺，即使能找到一些也是猶如殘缺的典籍，不僅不完整而且很多已經(jīng)過時了。關(guān)于現(xiàn)在通用的Windows和Linux平臺的鏈接、裝載及PE/ELF文件的詳細(xì)分析，實在很少見。這個領(lǐng)域中，最為完整、也最為權(quán)威的莫過于John R. Levine的《Linkers & Loaders》，這本書我也前前后后通讀了好幾遍，雖然它對鏈接和裝載方面的描述較為完整，但是過于理論化，對于實際的系統(tǒng)機(jī)制描述則過于簡略。
　　我始終認(rèn)為對于一個問題比較好的描述方式，是由一個很小很簡單的問題或示例入手，層層剝開深入挖掘，不僅探究每個機(jī)制“怎么做”，而且要理解它們“為什么這樣做”，力求深入淺出、圖文并茂，盡力把每一步細(xì)節(jié)都呈現(xiàn)給讀者。這是我一貫的想法，也是我們在本書中努力試圖達(dá)到的效果。
　　第一次有想寫這樣一本書的念頭是在2006年底，當(dāng)時我正在念研一，想起未來還有一年多漫長而又相對空閑的研究生生涯，覺得寫一本這樣的書大概是比較好的“消遣活動”。于是我第一時間想到了在微軟研究院實習(xí)時的導(dǎo)師潘愛民老師，潘老師在寫作技術(shù)書籍方面有很深的功底和豐富的經(jīng)驗。我把想法告訴潘老師以后，他十分支持，于是我又找到了當(dāng)時剛好保送研究生、時間上也相對充裕的石凡，我們?nèi)齻�都對這個選題十分感興趣，可謂一拍即合。
　　當(dāng)時也沒多想，以為寫書大概也就跟BBS發(fā)帖連載差不多吧。一旦寫起來才發(fā)現(xiàn)自己完全輕視了寫書的工作量。書中的每一個章節(jié)、每一個小段、每一個例子甚至每一個用詞有時候都要斟酌很久，生怕用得不恰當(dāng)誤導(dǎo)了讀者�！罢`人子弟”這四個字罪名可不輕，大有推出午門斬首五遍以儆效尤之過。寫書的時間的確很倉促，雖然我們都是在讀研時寫的，按理說相對于已經(jīng)工作的作者來講，已經(jīng)是有很多閑余的時間了，但還是經(jīng)常手忙腳亂。想到以前看書看到作者寫的序里，經(jīng)常使用“時間倉促，水平有限”的話，推想作者不過是出于謙虛不免要客套一下�，F(xiàn)在輪到自己寫序了，終于感覺到了這八個字的分量。即使到現(xiàn)在已近完稿，我們還是心里十分忐忑，因為還有不少地方的確寫得不夠完善。也聽到了很多第一批讀者的反饋意見，很多建議都正中這本書的軟肋，我們也根據(jù)大家的意見又一次進(jìn)行了修改，這已經(jīng)是反反復(fù)復(fù)的第N次修訂了。
　　這本書前前后后花了兩年多的時間一直沒有完稿，由于截稿時間快到了，我們才終于定稿，因為實在沒有辦法做到完美，只能向無限接近完美努力。最后，我們在“著”和“編著”之間猶豫了很久，想到本書凝聚了我們很多的心血，還是誠惶誠恐地寫上了“著”字，權(quán)當(dāng)給自己壯膽了。我們也相信，本書雖然沒做到完美，但是它一定會給你帶來一些你以前想看、想了解而又找不到的東西。或者以前在編程過程中困惑了你很久，但始終沒有找到解釋的問題，當(dāng)在本書中終于找到答案且大呼“原來如此！”時，我們也就很欣慰了！
　　關(guān)于本書的書名筆者們也討論了很久，征詢過很多意見，最終還是決定用“程序員的自我修養(yǎng)”作為書名，將“鏈接、裝載與庫”作為副標(biāo)題。書名源自于俄羅斯的演員斯坦尼斯拉夫斯基創(chuàng)作的《演員的自我修養(yǎng)》，作者為了寫這本書前前后后修改了三十年之久，臨終前才同意不再修改，拿去出版。使用這個書名一方面是本書的內(nèi)容的確不是介紹一門新的編程語言或展示一些實用的編程技術(shù)，而是介紹程序運行背后的機(jī)制和由來，可以看作是程序員的一種“修養(yǎng)”；另一方面是向斯坦尼斯拉夫斯基致敬，向他對作品精益求精的精神致敬。
　　在本書的創(chuàng)作過程中，很多人對我們的支持和幫助難以言表。這里我要感謝博文視點的幾位編輯何艷、方舟、劉鐵鋒和陳元玉等，他們?yōu)楸緯�付出了很多心血；特別要感謝博文視點的周筠老師，這本書能夠面世離不開她的支持和努力。另外也要感謝浙江大學(xué)的張曉龍博士，他為本書提出了很多建議，并且貢獻(xiàn)了“DLL HELL”一節(jié)。
　　俞甲子
　　2009年2月于杭州