C语言 程序的编译、链接、执行

一、 程序的环境

 在ANSI C的任何一种实现中，存在两种不同环境。第1种是翻译环境，在这个环境中源代码文件被转换为可执行的机器指令（二进制代码）。第2种是执行环境（运行环境），它用于实际执行代码。标准规定，这两种环境可以不在同一台计算机上，即可以在计算机A中编译程序，在计算机B中执行程序。

对于这两种环境按步骤细节有两种划分方式

1.1 方式一

方式一将翻译环境按步骤细分为编译、链接两步，运行环境不变。这就是我们常说的程序的编译、链接、执行三步骤

1.2 方式二

方式二将翻译环境按步骤细分为编译、链接两步，编译又细分为预编译、编译、汇编，执行环境不变。即：预编译、编译、汇编、链接、执行五步骤

说明：方式一与方式二没有本质区别，方式二相对于方式一步骤划分更加细节，下文中以方式二详细介绍每个步骤所做的事情

1.3 函数库

在链接阶段，会将目标文件和函数库一起链接，这里的函数库指的是在源文件中用到C语言提供的各种库函数，这些函数存放在函数库中，在链接时候需要与目标文件一起链接

1.4 文件后缀名约定

C语言标准没有对文件后缀名进行规定，但在大多环境下有一套约定的文件后缀名
.h为后缀名的文件为C语言头文件
.c为后缀名的文件为C语言源代码文件
.i为后缀名的文件，是预编译后的C语言文件
.s为后缀名的文件，是编译过后的汇编代码文件
.o为后缀名的文件，是汇编后的目标文件（机器指令文件也称为二进制指令文件）。windows系统中目标文件以.obj为后缀名
.out为后缀名的文件，是多个目标文件与函数库链接之后的可执行程序。windows系统中以.exe为后缀名

二、翻译环境

windows系统下的大多数IDE对于预编译、编译、汇编、链接实现细节进行了隐藏，为了观察细节，环境使用Linux系统下GCC编译器

2.1 预编译（预处理）

预编译的详细过程可以查看这篇博客：https://blog.csdn.net/kjl167/article/details/124218564
预编译：将源代码文件(.c)进行预编译处理生成预编译文件(.i)
功能：

1. 执行预处理指令，如： #include 、#define
2. 删除所有注释

gcc -E 源文件 -o 预处理文件名
-E :预编译阶段结束后停止，将预编译后的数据输出到标准输出
-o :将输出到标准输出上的内容输出到指定文件

测试1：#include，将所包含的头文件引入

由于头文件内容太多，所以自定义头文件测试

测试2：#define ,标识符常量替换

测试3：会删除源文件的注释

2.2 编译

编译：将预编译后的文件编译为汇编代码
功能：

1. 语法分析
2. 词法分析
3. 语义分析
4. 符号汇总（汇总全局符号，如全局变量、函数名）

gcc -S 预处理文件（或源文件） -o 编译文件名
-S :编译阶段结束后停止，将编译后的数据输出到标准输出
-o :将输出到标准输出上的内容输出到指定文件

2.3 汇编

汇编：把汇编代码转换为机器指令（二进制指令）的目标文件
该机器指令文件为elf格式，可用readelf命令查看内容
功能：

1. 形成符号表
   gcc -c 编译后文件(或源文件)
   -c :进行汇编
   
   

2.4 链接

可执行程序（机器指令）为elf格式，可用readelf命令查看内容
链接：将多个目标文件和函数库链接为可执行程序
功能：

1. 合并段表
2. 符号表的合并和重定位

gcc 多个目标文件(或源文件) -o 链接后可执行程序名

三、 执行环境

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. 调用main函数运行
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（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，可以是正常终止main函数；也有可能是运行错误终止