【计算机基础】结合编程发展历史，聊聊C程序如何生成可执行程序

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一、编程发展史

总的来说，编程语言的发展历程：机器语言---->汇编语言----->编程语言（高级语言）

1.1第一次革命：从二进制机器码到汇编语言

第一次革命：发明了汇编语言，其本质是用一个符号来代替一串二进制。例如：
MOV 10101010101010
SUB 01010101010101
有了汇编语言之后，程序员就不用再去记忆二进制序列了。编程时只需要用汇编指令来编程即可，汇编指令就是一个符号（符号就是由文字构成的，如MOV）。因为人类大脑天生对文字符号更加友好，因此用符号编程更简单。

用汇编语言编写的源程序不能直接给CPU运行，必须通过一个翻译过程，把源代码翻译成二进制序列才能给CPU。这个翻译的过程就叫汇编，执行翻译动作的就是汇编器。

所谓机器码（机器语言），记忆和理解的方式就是只能机器才能读懂的代码，其本质就是一串二进制数，为了便于人们编程和记忆，因此发明了汇编指令集来代替难以记忆的机器码，但是最终还是要转换为机器码，这个过程称为汇编，汇编器。

1.2第二次革命：从汇编语言到C语言

当然，汇编语言也有一些不尽如人意的地方，譬如：没有可移植性。在这个CPU上写的汇编程序无法直接在另一个CPU上运行，因此汇编语言是和CPU一一对应的。

为了可移植性于是发明了高级语言。第一个高级语言就是C语言。C语言进一步靠近人的思维，为人的思维发明了很多CPU没有的东西，譬如数组。最终的目的就是降低编程难度，让高级语言更接近人的思维，然后通过编译器、汇编器等的翻译将这些源代码变成二进制然后给CPU运行。

1.3第三次革命：从C语言到更高级语言

革命无穷尽、层次变更多：在C语言之上还有更高级语言，譬如：C++、Java、C#、bash等。越往上越靠近人的思维，越往上语言本身提供的封装越多，越往上编程难度越低、语言的掌握越容易。

高级语言与低级语言的差别：
(1)越高级的语言越靠近人类思维；越低级的语言越靠近机器的需要。
(2)人与机器总劳动量（总复杂度）守恒。人要是复杂一点机器就可以简单一点；人简单一点机器就需要复杂一点。这个规律描述的就是：编程语言越简单，人使用起来越简单，编译器设计起来就更复杂；编程语言越复杂、程序员使用起来越麻烦，则编译器设计越简单，CPU执行效率越高。

二、C 程序翻译成机器语言程序的四个经典步骤

步骤1、预处理

主要是处理一些#号定义的命令或语句（如宏、#include、预编译指令#ifdef等），生成*.i文件

步骤2、编译

C语言编写的源代码通过编译器生成汇编程序。所谓的汇编程序就是汇编语言编写的代码

重点聊聊编译器
编译器：编程语言到机器语言，这个过程称为编译，执行这个过程的工具称为编译器
语法是什么？语法就是编译器的习性
编译器反应在编程中就是语法，因此我们应该要向编译器一样思考吧，对理解编程有很大帮助。

连接人（程序员）与机器（CPU）的桥梁：编译器
(1)编译器降低了编程难度。编译器的代表就是编程语言，每一种编程语言都有对应的编译器，这个编译器的作用就是把这种语言的源文件编译成可执行程序。
(2)关键是：有了编译器（高级语言）之后，我们程序员就不再盯着CPU（二进制），而是改为盯着编译器（编程语言、编程语言的语法），所以我们学习编程的关键变成了学习编译器的习性，也就是编程语言的语法。

发明一门语言关键就在于发明它的编译器
编译语言的关键就是编译器。yacc和lex工具就是用来发明编程语言的。

步骤3、汇编

汇编程序又经过汇编器生成库文件。所谓库文件就是机器语言编写的代码，即机器码。
汇编器：机器语言到汇编语言，这个过程称为汇编，执行这个过程的工具称为汇编器
汇编器作用：
✅1.输入以.s 为后缀的文件，输出.o的文件；
✅2.从处理器能够理解的指令产生目标代码，还能翻译一些扩展指令，汇编程序的开头是一些汇编指示符，它们是汇编器的命令，用于指出代码和数据的位置、指定程序中使用的特定代码和数据常量

步骤4、链接

多个库文件通过链接器集合在一起，最终生成可执行文件，同样是机器人语言编写的代码，将机器语言模块集成化了。
链接器作用：
✅1.链接器允许各个文件独立编译和汇编，这样在改动部分文件时，不需要重新编译全部源代码。
✅2.链接器把新的目标代码和已经存在的机器语言模块（如函数库）等“拼接”起来。链接器这个名字源于它的功能之一，即编辑所有对象文件的跳转并链接指令（jump and link）中的链接部分。它其实是链接编辑器（link editor）的简称。
✅3.输入输出格式：在 Unix 系统中，链接器的输入文件有.o 后缀，输出 a.out 文件；在 MSDOS 中输入文件后缀为.OBJ 或.LIB，输出.EXE 文件。

步骤5、生成可执行文件

可执行文件通过加载器输出结果

CPU只认识二进制机器指令
CPU是最终干活的，而CPU只认识、只接受二进制。
人类喜欢符号而不是二进制
(1)人类的大脑本身不喜欢二进制而喜欢符号、文字。
(2)人类和机器之间天生有代沟，于是乎编程不容易。