程序环境——翻译环境与执行环境

本篇重点：

1.程序的翻译环境和执行环境

2.详解翻译环境中的编译+链接

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程序的翻译环境和执行环境

在ANSI的任何一种实现中，存在两个不同的环境。

1. 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。

2. 执行环境，它用于实际执行代码。

翻译环境

^ 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文件（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（.exe）。

^ 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。

编译+链接

我们把翻译环境分为两个部分，分别是编译和链接。而编译部分又可分为三个部分，分别是预编译、编译和汇编。

接下来我们就分别来看看这几个阶段。（Linux操作系统下演示）

预处理 （gcc test.c -E > test.i）

看这段代码：

经过预处理后变成了这样：

本来只有几行的代码变成了几百行，是哪里变了呢？

1. #include包含的函数stdio.h显示出来了。

2. 注释被删除了。

3. #include符号替换了。

这些就是预编译阶段所完成的内容。

编译 (gcc test.i -S)

经过编译之后，代码已经成这样了：

已经把C语言代码转换为汇编代码。

在转换的过程中还要经历下面这几个内容：

1.语法分析：

例

若是源代码写成这样 #define MAX = 100，那么编译时会报错，报错如下

2.词法分析：判断源程序中单词符号的合法性。

3.语义分析：检测例如类似于for循环有没有使用错误。

4.符号汇总：（本例）g_val Add main 。（后面来介绍符号汇总有什么用）

汇编 (gcc test.s -c)

把汇编代码转换成机器指令。

转换过程中的内容：

形成符号表（readelf test.o -s）：给每个汇总的符号一个地址。

链接

我们把源文件中的Add函数改成extern int Add(int x, int y)，然后再创建一个新的源文件sum.c，内容如下图，汇编后，Add会有一个地址。

我们假设 sum.c中 Add地址是 0x100

test.c中 Add 0x000 (无意义地址)

g_val 0x200

main 0x300

printf 0x400

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可执行程序。所以Add也将合并在一起，用有效的地址。即

所以链接过程中主要的操作有以下两点：

1.符号表的合并和重定位。

2.合并段表。

以上就是翻译环境的主要内容，为了方便记忆，给大家一幅图来帮助记忆。

执行环境

程序执行的过程：

1. 程序必须载入内存中。在有操作系统的环境中：一般这个有操作系统完成。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返回地址。程序同时也可以使用静态（static）内存，存储在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。