C语言程序运行需要的两大环境《C语言进阶》

你的名字 2023-10-13 18:43 27阅读 0赞

**目录**

程序的翻译环境和执行环境

翻译环境分为两部分，编译+链接

第一步：预编译（预处理）

第二步，编译

第三步：汇编

关于运行环境分为四点：

关于链接库

--------------------

###  ###

### **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
> 
> ![7a880652f9c04b3196432282d8613699.png][]
> 
> --------------------
> 
> **\*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

![5ca76d1ccd574f2e837536abd4e19fb6.png][]

#### 翻译环境分为两部分，编译+链接 ####

### ![c06bc46b6af04e9d9a74cbfc8c24da58.png][] ###

编译本身也分为几个阶段：预处理 , 编译 ，汇编。

![62aec5f161bd4f5a97b1f7a2b2efc4df.png][]

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

> 1.  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。
> 
> ![8b6d2d3a09a24c7faeb18de762e174bb.png][]

如下面的代码：

>     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：
> 
> ![04732095ba7e415f8e7ce32f5dc4e9f7.png][]
> 
> --------------------
> 
> 2.观察test.c和test .i的内容
> 
> ![23a07d9e09a8426580c5aaaf4c626f51.png][]
> 
> --------------------
> 
> 3.在test.i文件中查看
> 
> ![9aa322d9bae047c9825186e1078709a8.png][]
> 
> 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：
> 
> 1.  注释的删除
> 2.  \#include<stddio.h>头文件的包含
> 3.  \#define 符号的替换
> 4.  文本操作
> 5.  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
> 
> ![0f609ebcbe1643eebe7afcbcc93eef0b.png][]
> 
> 1.输入指令gcc \-S test.c / gcc -S test.i
> 
> 终端输出：
> 
> ![ff1b44178488418898e126502e12bb83.png][]
> 
> --------------------
> 
> 2.生成了test.s文件的内容并展示test.s文件的内容
> 
> ![a949166e2fa0494e9e2dbdb261409fb9.png][]
> 
> --------------------
> 
> 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。 
> 
> ![8132265a84da4cf98a6238afd500c7ca.png][]
> 
> 1.输入指令gcc -c test.c / gcc-c test.s
> 
> 终端输出：
> 
> ![ad01932c2e834d349a131a98f15b97c0.png][]
> 
> --------------------
> 
> 2.生成了test.o的目标文件
> 
> ![ab81fe3bc12247538ae02c0ba3a19879.png][]
> 
> 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;
> 
> ![525853618c954821a413e06b430cc111.png][]
> 
> --------------------
> 
>   
> 3. 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
> 
> ![0b6c614145494865a02800465394fe57.png][]
> 
> 1.输入指令：gcc test.o -o vskkk
> 
> 输出终端：
> 
> ![21b9b82b83cd45d7bbbce9aab0442575.png][]
> 
> --------------------
> 
> 2,对vskkk的内容进行查看
> 
> ![eb33c0a8981e4afe8664c639d121ae13.png][] 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:

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.  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。

4.  终止程序。正常终止 main 函数；也有可能是意外终止。

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#### 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。

![32f12795b4f540d2bad0430725147c1b.png][]

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以上就是全部内容了，希望能帮助到大家，如果可以，也希望大家给博主点点赞支持一下，谢谢。如果有错误的地方，希望大家能在评论区批评指出，我会进行订正的。

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