程序的翻译环境和运行环境
在ANSI C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(文本信息)被转换为可执行的机器指令(二进制指令)
第二种是运行环境,它用于实际执行代码
2.1 翻译环境
整个的翻译过程大概可以分为编译和链接两个阶段
可以用下图来表示
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(目标文件)
每个目标文件由链接器捆绑在一起,形成一个单一而完整的执行程序
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
而编译这一过程又可以分为预处理,编译,汇编这三个阶段
2.1.1 预处理
在这个阶段,预处理器将对源代码进行预处理,处理以#
开头的预处理指令。主要的预处理指令包括宏定义、文件包含和条件编译等。(所有的预处理指令都是在预处理阶段处理的)预处理器会展开宏定义,并将#include
指令所引用的头文件内容插入到源代码中。同时,条件编译指令会根据条件判断决定是否保留特定部分的代码。
例如:
对于代码:
#define M 50 int a = M;
经过预处理后,就变成了
int a = 50;
2.1.2 编译
编译器会将预处理后的代码转换成汇编代码(assembly code)。汇编代码是由CPU能够直接理解和执行的低级指令。
在编译过程中,编译器会进行语法和语义分析(语法分析,词法分析,语义分析,符号汇总),检查代码是否符合C语言的规范,并生成相应的汇编代码。
2.1.3 汇编
汇编器将汇编代码翻译成机器代码(二进制代码),并形成符号表。这些机器代码是计算机的底层指令,可以由计算机的CPU直接执行。
汇编后的文件通常称为目标文件(Object File),它包含了二进制代码以及一些有关符号(函数和变量)的信息,但还没有解析它们的具体位置。
2.1.4 链接
链接器将目标文件与需要的库文件(静态链接库或动态链接库)进行合并,形成最终的可执行程序。(合并段表,符号表的合并以及重定位)
链接器解析目标文件中的符号,将它们与其他目标文件或库文件中的定义进行匹配。如果找不到某个符号的定义,链接过程将失败,并给出相应的错误消息。
3. 运行环境
C语言运行环境是指在计算机上执行已经编译完成的C语言程序时所需的软件和硬件环境。它包括操作系统、运行时库、硬件系统和其他可能需要的系统组件。
3.1 操作系统
操作系统是C语言程序运行的基础,它提供了对计算机硬件资源的管理和调度。不同的操作系统提供不同的系统调用接口和服务,因此C语言程序在不同的操作系统上可能需要稍作修改或适配。常见的操作系统包括Windows、macOS、Linux和其他UNIX类操作系统。
3.2 运行时库
运行时库是一组支持在程序运行时的库函数和数据。C语言程序在运行时可能需要这些库函数来处理动态内存分配、异常处理、线程管理等。运行时库通常是操作系统提供的,也可以是特定C语言运行时环境所附带的。
3.3 硬件系统
C语言程序最终是要在计算机硬件上运行的,因此硬件系统也是C语言运行环境的一部分。计算机硬件包括处理器(CPU)、内存、硬盘、图形卡、输入输出设备等。C语言程序必须与硬件系统兼容才能正常运行。
3.4 系统组件和依赖
C语言程序可能依赖于其他系统组件或第三方库。这些组件可以是操作系统提供的系统服务,也可以是其他C语言库或第三方软件。确保这些依赖项正确安装并配置是保证C语言程序正常运行的重要一环。
3.5 程序执行的过程
- 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。
- 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。
- 终止程序。正常终止main函数; 也有可能是意外终止。