学习，说到底是一个学和练，以及学以致用的过程
大家好，我是柒八九。
今天，我们继续计算机底层知识的探索。我们来谈谈关于运行环境&可执行文件的相关知识点。
如果，想了解该系列的文章，可以参考我们已经发布的文章。如下是往期文章。
文章list
你能所学到的知识点
- 运行环境 = 操作系统 + 硬件 推荐阅读指数 ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️
- 不同操作系统的API不同 推荐阅读指数 ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️
- Java 虚拟机 推荐阅读指数 ⭐️⭐️⭐️
- BIOS和引导 推荐阅读指数 ⭐️⭐️⭐️
- 计算机只能运行本地代码 推荐阅读指数 ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️
- 本地代码的内容 推荐阅读指数 ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️
- 编译器负责转换源代码 推荐阅读指数 ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️
- DLL文件及导入库 推荐阅读指数 ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️
- 可执行文件运行时的必要条件 推荐阅读指数 ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️
- 程序加载时会生成栈和堆 推荐阅读指数 ⭐️⭐️⭐️⭐️⭐️
好了，天不早了，干点正事哇。 
运行环境 = 操作系统 + 硬件
应用软件能够运行，是需要依赖指定的运行环境的。而运行环境是操作系统和计算机硬件两者的综合。也就是说操作系统和硬件决定了程序的运行环境。
这就是说明了，从应用市场上下载软件是，一般都需要按照你自身本地的操作系统而选择对应的软件包。
CPU只能解释其自身固有的机器语言
不同的CPU能解释的机器语言的种类也是不同的。例如，CPU品牌分为Intel和AMD两种；，它们各自的机器语言是完全不同的。
机器语言的程序称为{本地代码| Native Code}。 程序员用C/Java等编写的程序，在编写阶段仅仅是文本文件。
文本文件（排除文字编码问题）在任何环境下都能显示和编辑。 我们称之为源代码
通过对源代码进行编译，就可以得到本地代码
不同操作系统的API不同
同样机型的计算机，可安装的操作系统类型也会有多种选择。也就意味着，应用软件则必须根据不同的操作系统类型来专门开发。
CPU的类型不同，所对应的机器语言也不同，同样的道理，操作系统的类型不同，应用程序向操作系统传递指令的途径也是不同的。
应用程序向操作系统传递指令的途径称为API(Application Programming Interface)。 Windows及Unix系列操作系统的API，提供了任何应用程序都可以利用的函数组合。
因为不同操作系统的API是有差异的，因此，将同样的应用程序移植到其他操作系统时，就必须重写应用中利用到API的部分。
在同类型操作系统下，不管硬件如何，API基本上没有差别。因此，针对某特定操作系统的API所编写的程序，在任何硬件上都可以运行。
当然，由于CPU种类不同，机器语言也不相同，因此本地代码也不同。这种情况下，就需要利用能够生成各CPU专用的本地代码的编译器，来对源代码进行重新编译。
程序（
本地代码）的运行环境是由操作系统和硬件来决定的
Java 虚拟机
Java能够提供不依赖于特定硬件及操作系统的程序运行环境。
针对Java有两个层面。一是作为编程语言,另一个是作为程序运行环境。
同其他编程语言相同，Java也是将Java语法记述的源代码编译后运行。不过，编译后生成的并不是特定CPU使用的本地代码，而是名为字节代码的程序。
字节代码的运行环境被称为Java虚拟机（Java Virtual Machine）。
Java虚拟机是一边把Java字节代码逐一准换成本地代码，一边运行的。
编译器将程序员编写的源代码(xx.java)转换成字节代码（xx.class）。而Java虚拟机(java.exe)则会把字节代码变成本地CPU适用的本地代码，然后由本地CPU负责实际的处理。
从操作系统方面来看，Java虚拟机是一个应用，而从Java应用来看，Java虚拟机就是运行环境。
BIOS和引导
程序的运行环境中，存在着名为BIOS(Basic Input/Output System)的系统。
BIOS存储在ROM中，是预先内置在计算机主机内部的程序。
BIOS除了键盘、磁盘、显卡等基本控制程序外，还有启动引用程序的功能。
引导程序是存储在启动驱动器起始区域的小程序。
开机后，BIOS会确认硬件是否正常运行，没有问题的话就会启动引导程序。引导程序的功能是把在硬盘等记录的OS加载到内存中运行。
源代码完成后，就可以编译生成可执行文件了。负责实现该功能的是编译器。
计算机只能运行本地代码
假设我们通过高级语言（语言类型不限），编写一个把123和456的平均值289.5显示出来。
function Main(){ let ave; ave = (123 + 456)/2; alert(ave); } 复制代码
类似上述的代码，用某种编程语言编写的程序被称为源代码，保存源代码的文件被称为源文件。用JS编写的源文件的扩展名通常是.js。
上述的源代码是无法直接运行的。这是因为，CPU能直接解析并运行的不是源代码而是本地代码的程序。作为计算机大脑的CPU，也只能解释已经准换成本地代码的程序内容。
本地这个术语有母语的意思。对CPU来说，母语就是机器语言，而转换成机器语言的程序就是本地代码。用任何编程语言编写的源代码，最后都要翻译成本地代码，否则CPU就不能理解。也就是说，即使是用不同编程语言编写的代码，转换成本地代码后，也都变成用同一种语言（机器语言）来表示。
本地代码的内容
Windows中EXE文件的程序内容，使用的就是本地代码。本地代码的内容是人类无法理解的，也正是因为如此，才有了用人类容易理解的C语言等编程语言来编写源代码，然后再将源代码转换成本地代码。
我们可以把EXE文件的内容Dump一下。Dump是指把文件的内容，每个字节用2位十六进制数来表示的方式。本地代码的内容就是各种数值的罗列，而这些数值就是本地代码的真面目。每一个数值都表示某一个命令或数据。
编译器负责转换源代码
能够把C/Java等高级编程语言编写的源代码准换成本地代码的程序称为编译器。每个编写源代码的编程语言都需要其专用的编译器。将C语言编写的源代码转换成本地代码的编译器称为C编译器.
编译器首先读入代码的内容，然后再把源代码转换成本地代码。
编译器中就好像有一个源代码同本地的对应表。但实际上，仅仅靠对应表是无法生成本地代码的。读入的源代码还要经过语法解析、句法解析、语义解析等才能生成本地代码。
根据CPU类型不同，本地代码的类型也不同。因此，编译器不仅和编程语言的种类有关，和CPU的类型也是相关的。同样的源代码就可以翻译成适合不同CPU的本地代码。
因为编译器本身也是程序的一种，所以也需要运行环境。例如，有Windows用的C编译器、Linux用的C编译器等。此外，还有一种交叉编译器，它生成的是和运行环境中的CPU不同的CPU所使用的本地代码。
仅靠编译是无法得到可执行文件
编译器转换源代码后，就会生成本地代码。不过，本地文件是无法直接运行的。为了得到可以运行的EXE文件，编译之后还需要进行链接操作。
我们拿C语言在Windows环境下举例。
编译后生成的不是EXE文件，而是扩展名为.obj的目标文件。xx.c编译后，就生成了xx.obj目标文件。虽然目标文件的内容是本地代码，但却无法直接运行。其原因就是当前程序还处于未完成状态。
把多个目标文件结合，生成1个EXE文件的处理就是链接，运行链接的程序就是{链接器|Linkage Editor}。
DLL文件及导入库
Windows以函数的形式为应用提供了各种功能。这些形式的函数称为API(Application Programming Interface,应用程序接口)。
Windows中,API的目标文件，并不是存储在通常的库文件中，而是存储在名为DLL(Dynamic Link Library)文件的特殊库文件中。DLL文件是程序运行时动态结合的文件。
与此相反，存储着目标文件的实体，并直接和EXE文件结合的库文件形式称为静态链接库
可执行文件运行时的必要条件
EXE文件是作为单独的文件存储在硬盘中的。通过资源管理器找到并双击EXE文件，就会把EXE文件的内容加载到内存中运行。
这里有一个疑问？ 本地代码在对程序中记述的变量进行读写时，是参照数据存储的内存地址来运行命令的。在调用函数时，程序的处理流程就会跳转到存储着函数处理内容的内存地址上。EXE文件作为本地代码的程序，并没有指定变量及函数的实际内存地址。在类似于Windows操作系统这样的可以加载多个可执行程序的运行环境中，每次运行时，程序内的变量及函数被分配到的内存地址都是不同的。
那么，在EXE文件中，变量和函数的内存地址的值，是如何来表示的呢？
那就是EXE文件中给变量和函数分配了虚拟的内存地址。在程序运行时，虚拟的内存地址会转换成实际的内存地址。
链接器会在
EXE文件的开头，追加转换内存地址所需的必要信息。这个信息称为再配置信息。
EXE文件的再配置信息，就成了变量和函数的相对地址。相对地址表示的是相对于基点地址的偏移量，也就是相对距离。
程序加载时会生成栈和堆
EXE文件的内容分为再配置信息、变量组和函数组。不过，当程序加载到内存后，除此之外还会额外生成两个组，那就是栈和堆。
- 栈是用来存储函数内部临时使用的变量（
局部变量），以及函数调用时所用的参数的内存区域。 - 堆是用来存储程序运行时的任意数据及对象的内存领域
堆和栈的相似之处在于，他们的内存空间都是在程序运行时得到分配。
Q&A
编译器和解释器有什么不同
编译器是在运行前对所有源代码进行解释处理的。而解释器则是在运行时对源代码的内容一行一行的进行解释处理
分割编译
将整个程序分为多个源代码来编写，然后分别进行编译，最后链接成一个EXE文件。
使用DLL文件的好处
DLL文件中的函数可以被多个程序共用。因此，借助该功能可以节约内存和磁盘。此外，在对函数的内容进行修正时，还不需要重新链接使用这个函数的程序。
后记
分享是一种态度。
参考资料：《程序是怎样跑起来的》
全文完，既然看到这里了，如果觉得不错，随手点个赞和“在看”吧。
