一、问题背景
最近博主在复习各类编程语言知识时，在类比Java解释型高级语言的运行机制时，第一时间想到了C/C++的运行机制，于是博主我查阅相关资料后对C/C++的运行机制做一个详细但易懂的总结归纳。
二、C/C++的运行机制
程序要运行起来，必须要经过四个步骤：预处理、编译、汇编和链接。
1.预处理
C/C++语言最常见的预处理就是将所有的“#define”删除，并且展开所有的宏定义。而预处理其实还包括：处理所有的条件编译指令，比如“#if”、处理“#include”预编译指令、删除所有的注释、添加行号和文件名标识等。
注意：GCC命令来自于Linux 系统C/C++的GCC编译器，而Windows 下常用的编译器是微软开发的 Visual C++，它被集成在 Visual Studio 中。
上图是CSDN博主douguailove在他的博客编译和链接的过程中使用Linux系统下的gcc -E命令把hello.c文件预处理成hello.i文件后的对比图，图左侧为hello.c文件，图右侧为hello.i文件。
预处理后的.i被称为扩展后的c源码文件。为什么还叫c源码文件呢？
因为预处理后，只是宏定义等东西不见了，但是C源码依然还在，比如main函数，各种自己写的子函数，依然存在，所以还是被称为c源码文件。打开.i文件后，我们是能够看的懂的，所以.c文件、.h文件和.i文件都是ascii文件。
2.编译
2.1编译词汇的争议性
对于C/C++这种编译性语言，我们平时编译时，不管是通过IDE图形界面，还是通过命令行，总感觉编译一下就完成了，然后就得到了针对某操作系统和某CPU的二进制可执行文件（机器指令的文件）。但是实际上在源码到可执行文件中间隐藏了四个过程，这四个过程被操作系统默默的处理了。
编译四个过程：预处理、编译、汇编、链接
四个过程中的“编译”，特指其中的某个过程，这四个过程合在一起，我们也统称为编译。所以编译二字到底指的是第二个过程，还是全部过程的统称，这个就要看说话的“语境”了。其实统称的编译，完整的称法应该叫编译链接，只是简称为编译而已。
如果这四个过程是一次性编译完成的，这个四个过程分别会产生相应的文件，只不过中间产生的文件都是过渡性的临时文件，使用完成后就会被删除。
2.2编译的定义
编译会将源代码由文本形式转换成机器语言，编译过程就是把预处理完的文件进行一系列词法分析、语法分析、语义分析以及优化后生成相应的汇编代码文件。
编译后的.s也是ascii码文件。因为汇编也是人能看懂的文字编码形式，所以.s汇编文件也是ASCII码文件。
3.汇编
汇编过程调用汇编器AS来完成，是用于将汇编代码转换成机器可以执行的指令，每一个汇编语句几乎都对应一条机器指令。（非底层的程序员不需要考虑）
汇编后的.o文件是纯二进制文件。因为.o中放的是纯二进制的机器指令，所以我们打开后看不懂。
ASCII的源码被汇编为能被CPU执行的机器指令，.o文件中放的就是机器指令。但是.o文件还无法运行，需要链接后才能运行。
4.链接
链接是将所有的.o文件和库（动态库、静态库）链接在一起，得到可以运行的可执行文件（Windows的.exe文件或Linux的.out文件）等。它的工作就是把一些指令对其他符号地址的引用加以修正。链接过程主要包括了地址和空间分配、符号决议和重定向。
最基本的链接叫做静态链接，就是将每个模块的源代码文件编译、汇编成目标文件（Linux：.o 文件；Windows：.obj文件），然后将目标文件和库一起链接形成最后的可执行文件（.exe或.out等）。库其实就是一组目标文件的包，就是一些最常用的代码变异成目标文件后打包存放。最常见的库就是运行时库，它是支持程序运行的基本函数的集合。
5.可执行文件（Windows的.exe文件或Linux的.out文件）
你是否曾疑惑“a.out”这个名字是怎样确定的？把所有的输出文件都缺省的使用同一个名字a.out可能会带来不便，可能会忘了它来自哪一个源文件，对任何文件进行下一次编译时都有可能覆盖它。
a.out是“assembler output”（汇编程序输出）的缩写形式。这里有一个问题：它不是汇编程序输出，而是链接器输出。“汇编程序输出”这个名字的产生纯属历史原因。在早期的语言中并不存在链接器，程序是这样创建的：先把所有源文件连接在一起，然后进行汇编，汇编产生的汇编程序输出保存在a.out中。即使最后有了链接器之后，最后一个环节的输出文件依然沿用了这个命名习惯。
UNIX中的可执行文件是以一种特殊的方式加上标签，这样系统就能确认它们的特殊属性。为重要的数据定义标签，用独特的数字唯一的标识该数据是一种普遍采用的编程技巧。可执行文件用文件的第一个字节来标注，文件以十六进制数7F开头，紧跟在后面的第二至第四个字节为“ELF”（Executable and Linking Format）可执行文件和链接格式。
参考文献：
[1]C语言编译和链接详解（通俗易懂，深入本质）
[2]c语言编译过程详解，预处理，编译，汇编，链接(干货满满）
[3]了解“预编译、编译、汇编、链接”这四个过程对你有很大帮助
[4]编译和链接的过程
[5]理解a.out
[6]预处理、编译、汇编、链接、启动代码、相关command
