C语言的程序到底是怎样生成的呢？又怎样去执行呢？我们来探索。本篇是讲解编译环境。
在ANSI C（标准C语言）的任何一种实现中，存在两个不同的环境。第一种是翻译环境，在这个环境中源代码.c被转换为可执行的机器指令.exe，第二种是执行环境,它用于实际执行代码。
test.c----->test.i------->test.s----->test.obj----->test.exe
程序的翻译环境
程序的翻译环境同时又分为两个阶段 编译 和 链接
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）。
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。
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。
在windows环境下，生成相应的目标文件test.obj
在Linux环境下，生成的目标文件是test.o
test.c源文件---------->test.obj目标文件+链接库------------>test.exe可执行程序
理解图：
以我们的VS编译器为例子。编译和链接依赖的是什么工具呢？
NO1.VS编译器工具
- 那在我们的VS2022集成开发环境下，VS依赖就是cl.exe这个工具去实现编译这项功能。
- 在windows环境下，生成相应的目标文件test.obj
- 在Linux环境下，生成的目标文件是test.o
NO2.VS链接器工具
- VS2022集成开发环境下，VS依赖就是cl.exe这个工具去实现链接这项功能。
- 在不同的编译环境下，标准库中的实现肯定是有差异的。
NO3.链接库是什么？
#include<stdio.h> int main() { printf("hehe\n"); return 0; }
- 例如 像上面的#includeprintf库函数 我们就直接使用，是因为放在了链接库中直接供给我们使用。标准库中 提供的 现成的库函数 都是以链接库的形式给我们提供的。
编译
其实编译本身也分为几个阶段：预编译(预处理) 编译 汇编 这三个阶段。我们接下来分别探索一下这三个阶段分别干了什么事情。我们整个过程都在 ： Linux环境下，使用gcc编译器去验证整个过程。test.c------->test.i--------->test.s----->test.o(test.obj)
具体要用到的指令：
- 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。
- 编译 选项 gcc -S test.c 编译完成之后就停下来，结果保存在test.s中。
- 汇编 gcc -c test.c 汇编完成之后就停下来，结果保存在test.o中。
预处理
我们想要展示一个预处理的效果，那我们希望预处理之后这个代码就不会往后继续执行了。这里我们要用到一个gcc的指令： -E test.c / test.c -E（预处理之后test.c代码不会往后继续执行）
在我们VS验证之后我们发现我们预处理的文件名为test.i 所以这里在Linux环境下，我们使用gcc指令：-o test.i (把test.c预处理完之后的文件命名为test.i，如果没有指定就直接打印在屏幕上了）
在观察了test.c和test.i两个文件差异我们发现预处理对源代码做了一些文本操作处理的。
- 注释的替换（删除）。注释被替换成一个空格
- 头文件的包含#include< >
- #define符号的替换
- #include和#define这种都是 预处理指令。所有的预处理指令都在预处理阶段处理的。
在我们的下篇博客我们也会详细去讲到预处理这个阶段的知识点。
注释的删除
头文件的包含
编译
来到我们的编译阶段，我们想要展示一个编译的效果，那我们希望编译之后这个代码就不会往后继续执行了。这里我们要用到一个gcc的指令： -S test.i / test.i -S（编译之后test.i代码不会往后继续执行）
同时我们也可以使用gcc指令：-o test.s (把test.i编译完之后的文件命名为test.s，如果没有指定也会生成test.s）
我们发现test.s里面放置的都是汇编代码。 其实编译的过程就是：把C语言代码翻译成了汇编代码。这个过程是非常非常复杂的。简单来说，编译这个过程包含：
- 语法分析
- 词法分析
- 语义分析
- 符号汇总
汇编
到这里，汇编语言依旧不能被我们计算机读懂，汇编语言必须经过汇编器转化成二进制指令，才能被计算机读懂。
我们想要展示一个汇编的效果，那我们希望汇编之后这个代码就不会往后继续执行了。这里我们要用到一个gcc的指令： -c test.s / test.s -c（汇编之后test.s代码不会往后执行）
同时我们也可以使用gcc指令：-o test.o(test.obj) (把test.s汇编完之后的文件命名为test.o，如果没有指定也会生成test.o）
我们发现test.o里面放置的都是二进制信息代码。 其实汇编的过程就是：把汇编代码翻译成二进制指令（目标文件）。到此为止，计算机看得懂了。
- 生成符号表
链接
现在我们的目标文件test.obj 在gcc指令下：gcc test.o(test.obj) -o test.c(test.exe) (把test.o链接完之后的文件命名为test.c，如果没有指定也会生成test.c(其实就是test.exe可执行程序）
- 链接目标文件obj和链接库生成可执行程序（二进制程序）
- 合并段表
- 合并符号表和符号表的重新定位
符号表
上面在学习编译/汇编/链接这几个阶段，我们发现他们有一个公共的点。
- 在编译里有：符号汇总。
- 在汇编里面有：生成符号表。
- 在链接里面有：合并段表和符号表的合并和重定位。
这些功能的实现应用在多文件的工程的项目里。
那编译器是如何处理这种多文件的定义和声明的呢？下面我们来深入学习一下。
编译阶段符号汇总
当每个源文件经过编译器都会发生符号汇总。一般都是全局变量汇总，局部变量一般不会汇总。
为什么只有全局变量才会汇总，因为只有全局变量才会跨文件使用。所以一般只会汇总全局变量
在符号表汇总的时候，编译器会为每个文件的全局变量分配地址。
此刻这个阶段每个.o目标文件都有自己的符号表。
汇编生成符号表
像上面的test.o和add.o文件都有自己的符号表。我们需要知道的是：
- 在gcc编译器下，生成的目标和二进制的可执行文件都是按照 elf 这种文件的形式组织。
- elf 会把目标文件分成不同的段，每个段来存放不同的数据。
- 因为格式都是 elf 所以分段的格式都是一样。
链接合并段表和符号表
接下来，把相同段的目标文件的数据进行锁定和合并成二进制的可执行文件。
合并完段表，我们就要进行符号表的合并和重新定位。
当编译器在编译阶段想要去查找的时候，都是去符号表里面根据地址查找。
错误
当我们在执行程序的时候，经常发生这样的错误。❌❌
- 第一种情况：这个函数根本不存在
- 第二种情况：这个函数的函数名写错了（C语言对大小写敏感）
- 多文件跨文件去编译链接的时候，我们一直使用的VS是集成性开发环境，不需要我们动手去编译链接。但是我们在Linx环境底下，gcc上面就需要动手用指令去执行这个步骤。
程序的执行环境
- 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。（没有操作系统的环境下，单片机，烧板子了解一下）。
- 程序的执行便开始。接着便调用main函数。
- 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。内存空间的管理都是由函数栈帧的创建与销毁来创建和管理的（函数栈帧的创建与销毁---前面博文讲过复习一下哦）
- 终止程序。正常终止main函数；也有可能是意外终止。
✔✔✔✔✔最后，感谢大家的阅读，若有错误和不足，欢迎指正！我想说：最近有很多小伙伴和我交流说学不懂，告诉大家，一定要有耐性哦，乖乖敲代码，留给自己足够的时间与耐性。慢慢悟，学着学着自然就会了
希望大家都有好好学习，好好敲代码。好好生活哦
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