C语言程序运行需要的两大环境《C语言进阶》

程序的翻译环境和执行环境

在 ANSI C(标准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。
在编译器中（以VS2019为例），我们写的C语言代码都是文本的信息（各种字符串，数据，结构体等），站在人类的角度，我们能够理解，但是计算机不行，代码需要翻译成计算机呢能够识别的指令：二进制指令

***第2种是执行环境。**它用于实际执行代码。
代码经过翻译环境后生成的二进制指令代码，由执行环境来执行生成。

代码编译时生成可执行程序时的步骤：

1. 组成一个程序的每个源文件通过编译过程分别转换成目标代码（ object code ）。
2. 每个目标文件由链接器（ linker ）捆绑在一起，形成一个单一而完整的可执行程序。
3. 链接器同时也会引入标准 C 函数库中任何被该程序所用到的函数，而且它可以搜索程序员个人的程序库，将其需要的函数也链接到程序中。
简述来说:
每一个源文件（.c），都单独经过编译器进行编译，生成目标文件（.obj），目标文件和链接库再通过链接器的处理（这个过程就叫链接），就生成了可执行程序（.exe)。
如下图

翻译环境分为两部分，编译+链接

编译本身也分为几个阶段：预处理 , 编译，汇编。

接下来我们用一个简单的代码，源文件名（test.c）,使用gcc这个编辑器，给大家演示整个过程；

第一步：预编译（预处理）

预编译的指令是：gcc 源文件.c -E - 源文件名 + .i

预处理选项 gcc - E test.c - o test.i
预处理完成之后就停下来，预处理之后产生的结果都放在 test.i文件中,具体内容可看下图。

如下面的代码：

cpp 复制代码
源文件文件名 ：test.c

#include<stdio.h>

//定义全局变量，赋值2023
int year = 2023;
#define M 100
int main()
{
	int a = M;
	printf("%d\n", M);

	return 0;
}
1.输入指令gcc test.c -E -test i

终端输出：

2.观察test.c和test .i的内容

3.在test.i文件中查看

我们发现，在test.i整个代码的末尾，才是我们源代码的内容，那前面的几百行代码又是什么呢，是头文件<stdio.h>的整个内容包含进来了。同时细心的同学发现，test.i中没有了注释，也没有了宏定义的符号M了，所以预处理的作用是：

注释的删除

#include<stddio.h>头文件的包含

#define 符号的替换

文本操作

所以的预处理指令都是在预处理阶段处理的

第二步，编译

编译指令：gcc -S 源文件.c / gcc -S 源文件名 + .i

编译选项 gcc - S test.c
编译选项 gcc -S test.i (编译时，这两个文件都可以输入指令中，都会生成文件test.s)
编译完成之后就停下来，结果保存在 test.s 中。
我们输入 gcc - S test.c 为例

1.输入指令gcc -S test.c / gcc -S test.i

终端输出：

2.生成了test.s文件的内容并展示test.s文件的内容

3.总结：

上面黄圈部分就是test.s的内容，里面就是汇编指令。编译的作用是：把c语言代码翻译成汇编指令。编译的方式是通过：语法分析，词法分析，语义分析，符号汇总等方式。总的来说，编译就是把我们的c语言代码拆解分析，然后翻译成汇编指令给下一步汇编的动作。

第三步：汇编

汇编指令：gcc -c 源文件.c / gcc -c 源文件名 + .s

汇编 gcc - c test.c
汇编完成之后就停下来，结果保存在 test.o 中。

1.输入指令gcc -c test.c / gcc-c test.s

终端输出：

2.生成了test.o的目标文件

但是你会发现这是test.o目标文件存放的二进制文件，编译器是不支持显示的的，如果仍要打开，如下图;

总结：

1.目标文件中存放的是二进制的指令

2.汇编是把汇编指令翻译成二进制指令

顺便提一下：Linux下gcc编译产生的目标文件test.o，可执行程序test都是按照ELF的这种文件格式存储的

最后，以上过程完成了编译，之后到链接过程

链接指令：gcc 源文件名.o -o 新文件名

对目标文件进行链接。可生成一个可执行文件

1.输入指令：gcc test.o -o vskkk

输出终端：

2,对vskkk的内容进行查看

但是文件还是二进制的指令无法查看。

3.总结：

链接的作用是：

1.合并线段

2.符号表的合并和重定位

关于运行环境分为四点：

运行环境相较于翻译环境就好理解的多了，通俗理解有以下几点:

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。
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。
终止程序。正常终止 main 函数；也有可能是意外终止。

关于链接库

我们知道再写C语言代码时，只要加上头文件 #include<stdio.h> ，就可以直接使用库函数了，比如scanf(),printf(),那为什么可以直接使用呢？原因是我们把这些库函数都已经提前编译好，打包好放在静态库中，可以直接提供给我们，比如我们熟悉的scanf函数，如下图的打红圈内容，标记部分后缀以LIB结尾的，就是静态库（.LIB），库函数的静态库和目标文件在链接器中发生链接生成可执行程序。程序就可以运行啦。

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