C程序执行流程粗记：从预处理到链接O(∩_∩)O

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前言

C语言学到现在，C程序已经不知道跑了多少遍，绝大部分时候对于程序都是CTRL+F5，而这简单的操作背后是复杂的逻辑，包括：源码 → 预处理 → 编译 → 汇编 → 链接 → 运行。这一系列操作都是集成开发环境（IDE）在背后默默执行，我们作为程序编写者，自然也要对这些过程有些了解。接下来，正文开始。

一、 翻译环境和运⾏环境

介绍：在ANSI C（美国国家标准协会 C 语言标准）的任何一种实现中，都存在两个不同的环境——翻译环境和运行环境。

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（⼆进制指令）。
运行环境：⽤于实际执⾏代码。

下面进行详细介绍。

1. 翻译环境

翻译环境，顾名思义，它的责任是将编程语言翻译成计算机能看懂的机器语言。
翻译环境所做的事情就是我们要重点了解的地方：
编译和链接两个⼤的过程，⽽编译⼜可以分解成：预处理（有些书也叫预编译）、编译、汇编三个过程。所以详细点来看，应当是：预处理，编译，汇编，链接。

由于翻译环境分支较多，笔者在下文单独开一节来讲解。

2. 运行环境

运行环境，顾名思义，是指前置步骤生成的可执行文xi件（在Windows中，以,exe结尾）运行的环境。此时没有太多繁琐的步骤，系统直接执行就行了，大致注意以下四点就行：

1. 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。
2. 程序的执⾏便开始。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。
4. 终⽌程序。正常终⽌main函数；也有可能是意外终⽌。

二、翻译环境：预编译+编译+汇编+链接

翻译环境大致工作流程：

注意：由于笔者水平有限，这四步中的每一步我都无法进行单独验证，但是笔者在小熊猫C++（gcc编译器）中，可以看到只编译后，编译到链接的中间.o后缀文件，的确存在。

1. 预处理（预编译）

预处理涉及到一些常用指令和用法，笔者将会单独写一遍博客详解
由于越高级IDE功能越强大复杂，幕后操作更难以直接观察，限于笔者目前的能力有限，无法深入剖析这个过程。但还是可以学到它的行为的用法，只是无法亲身实践。

预处理阶段主要处理那些源⽂件中#开始的预编译指令。⽐如：#include,#define，处理的规则如下：
• 将所有的#define 删除，并展开所有的宏定义。
• 处理所有的条件编译指令，如：#if、#ifdef、#elif、#else、
#endif 。
• 处理#include预编译指令，将包含的头⽂件的内容插⼊到该预编译指令的位置。这个过程是递归进⾏的，也就是说被包含的头⽂件也可能包含其他⽂件。
• 删除所有的注释
• 添加⾏号和⽂件名标识，⽅便后续编译器⽣成调试信息等。
• 或保留所有的#pragma的编译器指令，编译器后续会使⽤。经过预处理后的.i⽂件中不再包含宏定义，因为宏已经被展开。并且包含的头⽂件都被插⼊到⽂件中。所以当我们⽆法知道宏定义或者头⽂件是否包含正确的时候，可以查看预处理后的.i ⽂件来确认。

2.编译

编译过程就是将预处理后的⽂件进⾏⼀系列的：词法分析、语法分析、语义分析及优化，⽣成相应的汇编代码⽂件。
具体过程分为词法分析，语法分析和语义分析三大步骤。接下来拆解分析。

2.1词法分析

例如：

array[index]=(index+4)*(2+6);

我们以此为例分析
将源代码程序被输⼊扫描器，扫描器的任务就是简单的进⾏词法分析，把代码中的字符分割成⼀系列的记号（关键字、标识符、字⾯量、特殊字符等）。

上⾯程序进⾏词法分析后得到了16个记号：

2.2语法分析

语法分析器，将对扫描产⽣的记号进⾏语法分析，从⽽产⽣语法树。这些语法树是以表达式为节点的树。

2.3 语义分析

由语义分析器来完成语义分析，即对表达式的语法层⾯分析。编译器所能做的分析是语义的静态分析。静态语义分析通常包括声明和类型的匹配，类型的转换等。这个阶段会报告错误的语法信息。

3.汇编

汇编器是将汇编代码转转变成机器可执⾏的指令，每⼀个汇编语句⼏乎都对应⼀条机器指令。就是根据汇编指令和机器指令的对照表⼀⼀的进⾏翻译，也不做指令优化。

4.链接

链接是⼀个复杂的过程，链接的时候需要把⼀堆⽂件链接在⼀起才⽣成可执⾏程序。
链接过程主要包括：地址和空间分配，符号决议和重定位等这些步骤。
链接解决的是⼀个项⽬中多⽂件、多模块之间互相调⽤的问题。

注意：

1. 多个源文件的工程文件就是通过链接，来相互联系， 调用函数和参数的。
2. 对于全局变量和在其他源文件中的函数调用，在编译阶段，由于编译器不知道它们的出处（地址），是采取暂时搁置的措施，等到链接操作时，根据应用的符号来对搁置的指令重新修正，用地址定位，这个地址修正的过程也叫做：重定位。

总结

综上所述，对于C程序执行的流程，虽然碍于目前的学习深度有限，了解的不够，但是笔者认为对这个过程至少有一个大概的认识时必要的！
到这里，本文结束，希望进步路上，你我共勉！

全文资料来自于 —>C语言参考手册（点击跳转）