（八）从源文件到可执行文件

机器运行的是本地代码（Native Code）

用某种编程语言编写出来的程序是源代码，保存源代码的文件是源文件。源文件只是文本文件，并不能直接运行，因为CPU只能运行本地代码（机器语言代码）。因此，源代码必须被转换为本地代码。

本地代码里有什么？

Window中.EXE文件的程序内容，就是本地代码。只有机器能够理解，人不能理解。

将它 DUMP一下，即每字节以2位16进制（2进制和16进制的转换规则中，二进制中每4位可以转换为十六进制中1位）的形式表现，就可以发现， 本地代码其实是数值的集合。每一个数值都代表了一个命令或一个数据。

从源文件到可执行文件的过程

第一步：转换源代码：编译器

编译器：将编程语言编写的源代码转换为本地代码的程序。
编译完成的程序为 .obj 目标文件 ，内容是本地代码。但是还不能够运行。

转换每种高级编程语言都需要其专有的编译器，例如C语言的C编译器。
同种编程语言在不同CPU下的编译器也不同。
编译器也是程序，因此也需要适合它的运行环境。
因此，确定一个编译器的种类，需要确定哪种编程语言+哪种CPU+哪种运行环境。而实际上购买和下载时，通常指需要确定编译器产品名称+版本号即可。

第二步：生成.EXE文件与启动：链接器

经过编译器的编译，源文件已经被转换成了.obj 目标文件。
链接：将多个目标文件结合起来，生成一个.EXE 可执行文件。
链接器：运行链接的程序。

库文件和标准函数

库文件，即.lib文件，是指将多个目标文件集成保存在一个文件里的形式。
标准函数：在库文件中收录的函数。在程序中，不通过源代码另行编写，而通过库文件提供的函数。
如果主程序中使用了标准函数，在运行链接程序时，链接器就需要指定收录它的库文件，将库文件中需要的.obj目标文件（包含此标准函数）抽取出来，与其他目标文件共同生成一个.EXE可执行文件。

启动

在链接时，必须链接一个特殊的目标文件，它记述了同所有程序起始位置相结合的处理内容，成为程序的启动。

DLL文件和导入库

静态链接库：

静态链接库中包含了目标文件的实体，包含了主程序中使用的标准函数的具体代码，在链接时，直接与目标文件结合。

导入库（.lib）

导入库文件中，不包含目标文件的实体，而只包含了：1.被调用的标准函数位于哪个DLL文件中;2.这个DLL文件所在的文件夹信息。
在链接时，只提供此标准函数的被调用信息参与链接。

动态链接库（.dll）

动态链接库中包含了目标文件的实体，在程序运行时，动态地与.EXE可执行文件结合。

总结

.EXE文件的运行机制

EXE作为单独的文件被储存在磁盘中，被双击打开时，被加载到内存中，由CPU运行。

EXE程序中的变量和函数，是怎样确定在内存中的地址的？
EXE文件给变量和函数分配了虚拟的内存地址。链接时，链接器在EXE文件的开头追加了转换内存地址的必要信息。程序运行时，根据这个信息（称为再配置信息），将虚拟内存地址转换为真实内存地址。
方式：EXE程序给变量和函数分配的虚拟内存地址，作为真实内存地址的基点存在。链接器追加的再配置信息，作为相对地址存在，即相对基点地址的偏移量。
真实内存地址=基点地址+相对地址。

堆和栈

EXE文件的内容分为再配置信息、函数组合变量组。
加载到内存后，还会再生成两个组：堆和栈。
栈：储存函数参数和局部变量的内存区域。
堆：储存程序运行时任意对象和数据的内存区域。
EXE文件中不存在堆和栈，堆和栈是向内存申请的空间。
因此，内存中的文件的构成为：用于变量的内存空间+用于函数的内存空间+用于堆的内存空间+用于栈的内存空间。

内存泄漏

栈：对数据进行存储和清理的代码，由编译器自动生成。
堆：对堆的空间的申请分配和释放，由程序员自己编写代码实现。C语言中，申请分配：malloc()函数，释放：free()函数；C++语言中，申请分配：new运算符，释放：delete运算符。
如果没有明确释放申请分配的内存，就可能造成内存泄漏（memory leak）。

一些Q&A