刨析C语言的程序环境

Posted 2021-11-07 Jiawen_captial

C语言程序运行的环境

• 1、程序的翻译环境和执行环境
• 2、详解编译+链接
• • 编译过程
  • 链接过程
  • 翻译过程详解
• 3、 运行环境

1、程序的翻译环境和执行环境

在ANSI C的任何一种实现中，存在两个不同的环境。

第1种是翻译环境，在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令。第2种是执行环境，它用于实际执行代码。见下图：

在翻译环境又可分为编译和链接，在编译过程中又分为：预编译、编译、汇编过程，下面让我们来详细看一下编译+链接过程。

2、详解编译+链接

编译过程

我们将翻译环境分为两个小的过程，编译(依赖编译器，VS下的编译器为cl.exe)和链接(依赖链接器，VS下为link.exe)，其中编译又分为预编译、编译、汇编。见下图：

链接过程

每一个源文件都会单独的经过编译器的处理，生成所对应的目标文件，最终通过链接器，把多个目标文件和链接库(包含库函数等)连接在一起,生成我们想要的可执行程序。见下图：

翻译过程详解

以下面代码最终如何关联运行起来的为例来讲：

代码大致要经过预编译、编译、汇编、链接到可执行程序，下面我们来详细刨析每一步的细节：

1、预编译：.c文件->.i文件。 进行的都是文本操作，对文本的删除、替换：1）完成头文件的包含2）预处理指令的处理，如#define的替换等。3）删除注释

2、编译：.i文件->.s文件。把C语言代码转换为汇编代码，在这个过程中要经过：1）语法分析： 2）词法分析 3）语义分析 4）符号汇总：汇总的都是全局的符号，将上面代码左侧的Add，右侧的Add、mian进行汇总。

3、汇编：.s文件->.o文件。把汇编代码转换成二进制指令（机器指令）。在这个过程中完成了：形成符号表

4、链接：1）合并段表：.o的二进制文件elf的格式来组织文件 2）符号表的合并和重定位：舍弃没有实际地址的函数

3、 运行环境

程序执行的过程：

1、程序必须载入内存中。在有操作系统的环境中：一般这个由操作系统完成。在独立的环境中，程序的载入必须 由手工安排，也可能是通过可执行代码置入只读内存来完成。
2、程序的执行便开始。接着便调用main函数。
3、开始执行程序代码。这个时候程序将使用一个运行时堆栈（stack），存储函数的局部变量和返回地址。程序同 时也可以使用静态（static）内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执行过程一直保留他们的值。
4、终止程序。正常终止main函数；也有可能是意外终止。