c语言程序的执行过程(以输出hello,world为例)

喜欢ヅ旅行 2022-05-25 11:41 467阅读 1赞

#### 1.c源文件的存储 ####

任何数据在计算机中都以二进制的样式进行存储，即0和1两种存储表示，那么c源文件中的各种字符要想存储在计算机中作为可执行的指令，那么必须得以二进制0或1的形式存储在其中，因此，需要将c源文件的需要被以某种方式“翻译”成二进制存储进计算机。

数据类型表示数字的类型如int,double 等类型在内存中是以换算的二进制存的，而字符类型等在内存中是以ASCII存的，这个通过查ASCII得到相应的二进制，然后存放于内存。
    比如：32767 当作int型 为整数，利用除2取余法得到相应的二进制数存于内存（本来应该存补码，但是正数的补码和原码相同）所占的内存空间跟其对应的数据类型有关，可能还与机器有关，
    而32767 当作字符  即“32767”，这时应该分解‘3’，‘2’，‘7’，‘6’，‘7’，然后查对应的ASCII码 对应的值为：0011001 00110010 00110111 00110110 00110111  所以在存放的即为该二进制的组合，且占5个字节的内存
    将指定的字符“翻译”成对应二进制文件需要“统一”的“密码本”，使得在任何一台计算上c源文件都以相同的二进制形式存储。而翻译这个c源文件的“密码本”就是ASCII码。

ASCII使用8位二进制数表示256个字符，这些字符包括32个大小写字符，10个数字，以及其他的字符，例如，一个输出“hello,world”的ASCII为

#include <stdio.h>
    
    int main(void)
    {
        printf("hello,world\n");
    	return 0;
    }

![20180514145006764][]

即符号\#的ASCII码为35，i的ASCII为105......

而ASCII中35的二进制为0010 0011，i为0110 1001......

因此c源文件在计算机中存储为0010 0011 0110 1001 ......

#### 2.c源文件的编译 ####

Linux系统上的编译hello.c：

![20180514162758159][]

c源文件仅仅是以二进制的形式存储在计算机中，而我们要实现的是计算机输出“hello,world”，那么需要将这些二进制文件编译成计算机可以识别的指令，“告诉”计算机我们要输出“hello world”。

构成这些计算机可以识别的二进制指令称为机器语言，因此，c语言的编译就是编译成机器语言共计算机执行。

在Linux系统中，将c源文件编译成可执行的二进制指令文件是由gcc编译器完成的，gcc是gnu组织的开发的编程语言编译器。

输出“hello,world”的hello.c的编译流程：

![20180514155431639][]

编译一个hello.c的程序总共分为四个阶段：预处理，编译，汇编和链接

预处理阶段：预处理阶段是根据程序中字符\#开头的命令并执行相关操作，在holle.c中\#开头的第一行为\#include <stdio.h>,预处理器就读取c库中的stdio.h的内容将其插入到hello.c文本中生成一个新的文件hello.i；

编译阶段：编译器ccl将hello.i翻译汇编程序储存在文件hello.s中，其中的main作为一个函数给出了机器语言的输出指令；

.file	"hello.c"
    	.section	.rodata
    .LC0:
    	.string	"hello,world"
    	.text
    	.globl	main
    	.type	main, @function
    main:
    .LFB0:
    	.cfi_startproc
    	pushq	%rbp
    	.cfi_def_cfa_offset 16
    	.cfi_offset 6, -16
    	movq	%rsp, %rbp
    	.cfi_def_cfa_register 6
    	movl	$.LC0, %edi
    	movl	$0, %eax
    	call	printf
    	movl	$0, %eax
    	popq	%rbp
    	.cfi_def_cfa 7, 8
    	ret
    	.cfi_endproc
    .LFE0:
    	.size	main, .-main
    	.ident	"GCC: (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.9) 5.4.0 20160609"
    	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits

汇编阶段：汇编器将hello.s中的汇编语言翻译成计算机可以识别的机器语言存为hello.o二进制文件；

链接阶段：在c源文件中我们引用了printf打印函数，而计算机要识别这个函数也要由二进制指令组成。而在头部文件中stdio.h作为c语言的标准库，其中已经定义了printf的接口，系统根据接口去读取已经写好的printf.o二进制指令文件，将其与hello.o文件合并为hello二进制文件，称为可执行目标文件或可执行文件。

#### 3.hello文件的执行过程 ####

Linux上执行hello打印输出:

![20180514162953622][]

打开shell从键盘输入./hello，shell会优先把输入的字符串当做内置命令，若不是则会将其当做可执行文件的名字处理。shell将计算机I/o接口连接的输入设备输入的字符串通过总线接口存入寄存器，再存入内存中。

从键盘中读取shell命令流程：

![20180514164533652][]

完成./hello输入后，当从键盘上输入回车后，shell得知命令输入完成，开始执行一系列指令从磁盘复制hell文件到内存中，流程如下：

![20180514164729380][]

当hello文件被复制到主存之后，处理器开始执行hello程序的main程序的指令。流程是将这些指令从主存复制到寄存器，再从寄存器复制到显示设备上，最终显示到屏幕上，流程如下图：

![20180514165027401][]

[20180514145006764]: /images/20220525/ec046d786c36437d936ef6c3106cbdc0.png
[20180514162758159]: /images/20220525/c178c7b5a44e4e7e83570e387ec1354d.png
[20180514155431639]: /images/20220525/fc1c1392a9bf492ab202d70b641bfa20.png
[20180514162953622]: /images/20220525/751fcb4efd7f4995ac7b89776685be41.png
[20180514164533652]: /images/20220525/1f736bc31d784c2ba7293fd98d72392d.png
[20180514164729380]: /images/20220525/04cfc5f8482f4d0eb2b3d9ad1e7aa7e5.png
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