我正在学习c++,我刚刚开始学习Qt的一些功能来编写GUI程序。我问了自己以下问题:

c++以前没有语法能够要求操作系统提供一个窗口或一种通过网络进行通信的方式(我承认我也不完全理解api),它是如何通过c++本身编写的库突然获得这些功能的?在我看来,这一切都是可怕的循环。你能在这些库中找到哪些c++指令?

我知道这个问题对一个有经验的软件开发人员来说似乎微不足道,但我已经研究了几个小时,没有找到任何直接的回答。这已经到了我无法理解Qt教程的地步,因为库的存在对我来说是不可理解的。


当前回答

计算机就像一个洋葱,它有很多很多层,从纯硬件的内核到最外层的应用层。每一层都将自己的一部分暴露给下一个外层,这样外层就可以使用内层的一些功能。

以Windows为例,操作系统为运行在Windows上的应用程序公开了所谓的WIN32 API。Qt库使用该API为使用Qt的应用程序提供自己的API。你使用Qt, Qt使用WIN32, WIN32使用较低级别的Windows操作系统,等等,直到它成为硬件中的电信号。

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计算机就像一个洋葱,它有很多很多层,从纯硬件的内核到最外层的应用层。每一层都将自己的一部分暴露给下一个外层,这样外层就可以使用内层的一些功能。

以Windows为例,操作系统为运行在Windows上的应用程序公开了所谓的WIN32 API。Qt库使用该API为使用Qt的应用程序提供自己的API。你使用Qt, Qt使用WIN32, WIN32使用较低级别的Windows操作系统,等等,直到它成为硬件中的电信号。

关键在于操作系统是否可能公开API以及如何使用该API的详细描述。

操作系统提供了一组具有调用约定的api。 调用约定定义了将参数提供给API的方式、返回结果的方式以及如何执行实际调用。

操作系统和为它们创建代码的编译器可以很好地协同工作,所以您通常不必考虑它,只需使用它。

When you try to draw something on the screen, your code calls some other piece of code which calls some other code (etc.) until finally there is a "system call", which is a special instruction that the CPU can execute. These instructions can be either written in assembly or can be written in C++ if the compiler supports their "intrinsics" (which are functions that the compiler handles "specially" by converting them into special code that the CPU can understand). Their job is to tell the operating system to do something.

When a system call happens, a function gets called that calls another function (etc.) until finally the display driver is told to draw something on the screen. At that point, the display driver looks at a particular region in physical memory which is actually not memory, but rather an address range that can be written to as if it were memory. Instead, however, writing to that address range causes the graphics hardware to intercept the memory write, and draw something on the screen. Writing to this region of memory is something that could be coded in C++, since on the software side it's just a regular memory access. It's just that the hardware handles it differently. So that's a really basic explanation of how it can work.

你是对的,一般来说,图书馆不能使任何不可能的事情成为可能。

但是库并不一定要用c++来编写才能被c++程序使用。即使它们是用c++编写的,它们也可能在内部使用其他不是用c++编写的库。因此,c++没有提供任何方法来做这件事的事实并不妨碍它被添加,只要在c++之外有某种方法来做这件事。

在相当低的级别上,c++(或C)调用的一些函数将用汇编编写,并且该汇编包含所需的指令,以完成在c++中不可能(或不容易)的操作,例如调用一个系统函数。此时,该系统调用可以做计算机能够做的任何事情,因为没有任何东西可以阻止它。

语言(如c++ 11)是纸上的规范,通常用英语编写。看看最新的c++ 11草案(或者从ISO供应商那里购买昂贵的最终规范)。

你通常使用带有语言实现的计算机(原则上你可以在没有任何计算机的情况下运行c++程序,例如使用一群人类奴隶来解释它;那样既不道德又低效)

你的c++实现通常工作在某个操作系统之上,并与它通信(使用一些特定于实现的代码,通常在一些系统库中)。通常这种通信是通过系统调用完成的。在instance into syscalls(2)中查找Linux内核上可用的系统调用列表。

从应用程序的角度来看,系统调用是一个基本的机器指令,就像x86-64上的SYSENTER一样,具有一些约定(ABI)。

在我的Linux桌面上,Qt库位于X11客户端库之上,通过X Windows协议与X11服务器Xorg通信。

在Linux上,在可执行文件上使用ldd来查看对库的依赖项的(长)列表。在正在运行的进程上使用pmap查看在运行时“加载”了哪些文件。顺便说一句,在Linux上,你的应用程序可能只使用免费软件,你可以研究它的源代码(从Qt,到Xlib, libc,…内核)以了解更多正在发生的事情