我这里有一些好康的！杰哥不要啊~【浅析C语言程序环境】

kelvinlee 发布于2021-09-04 16:40 / 2668人阅读

摘要：一翻译环境和执行环境标准是由美国国家标准协会及国际化标准组织推出的关于语言的标准。开始执行程序代码，这个时候程序将使用一个运行时堆栈，内存函数的局部变量和返回地址。正常终止函数也有可能是意外终止。栈帧中保存了该函数的返回地址和局部变量。

前言

程序环境是什么？我们都 "经历" 过，但不曾感知到 "他" 的存在。我们其实在不知不觉中早就已经接触到了程序环境…… 第一次创建了一个文件（test.c），敲下那句 "hello world" 随后保存后点击运行后编译出可执行文件（test.exe）时，其实就已经接触到了 "他" 了。

我们只是按下了运行，然后好像所有东西都像变魔术一样直接就产生了，这一切都似乎是理所当然的事。但是你是否思考过他是如何变成 "可执行程序" 的呢？在这一章，我们将简单地探讨一个 "源程序"是如何变成 "可执行程序" 的，作一个大概了解。

一、翻译环境和执行环境

0x00 ANSI C 标准

ANSI C是由美国国家标准协会（ANSI）及国际化标准组织（ISO）推出的关于C语言的标准。ANSI C 主要标准化了现存的实现，同时增加了一些来自 C++ 的内容（主要是函数原型）并支持多国字符集（包括备受争议的三字符序列）。

? ANSI C 几乎被所有广泛使用的编译器所支持，且多数C代码是在ANSI C基础上写的。

? 【百度百科】ANCI C 标准

0x01 程序的翻译环境和执行环境

? ANSI C 的任何一种实现中，存在两种不同的环境：

① 翻译环境：在该环境中，源代码被转换为可执行的机器指令。

② 执行环境：用于实际执行代码。

二、详解编译和链接

0x00 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。

连接器同时也会引入标准C库函数中任何被该程序所用到的函数，且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。

? 举个例子：test.c、add.c、minu.c

0x01 编译本身的几个阶段

? 举个例子：

① sum.c

int global_val = 2021;void print(const char* string) {    printf("%s/n", string);}

② test.c

#include int main(void) {    extern void print(char* string);    extern int global_val;    printf("%d/n", global_val);    printf("Hello,World!/n");    return 0;}

test.c

sum.c

预编译截断（*.i）

预处理指令

……

编译（*.s）

语法分析

词法分析

语义分析

符号汇总

汇编（生成可重定位目标文件 *.O）

形成符号表

汇编指令 → 二进制指令 ----→ test.o

----→ sum.o

链接

1. 合并段表

2. 符号表的合并和符号表的重定位

隔离编译，一起链接。

? main.c

extern int sum(int, int);int main(void) {    sum(1, 2);    return 0;}

? sum.c

int sum(int num1, int num2) {    return( num1 + num2);}

? 解析图（VS2019）：

0x02 运行环境

? 程序执行过程：

① 程序必须载入内存中。在有操作系统的环境中：程序的载入一般由操作系统完成。在独立环境中：程序的载入必须手工安排，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），内存函数的局部变量和返回地址。程序同时也可以使用静态（staic）内存，存储与静态内存中的变量在整个执行过程中一直保留他们的值。

④ 终止程序。正常终止 main 函数（也有可能是意外终止）。

? 举个例子：这段代码的执行过程

int Add(int x, int y) {    return( x + y);}int main(void) {    int a = 10;    int b = 20;    int ret = Add(a, b);    return 0;}

? 这里还有一个概念：函数栈帧 （目前做简单了解，后续我将专门写一篇函数栈帧的讲解）

【百度百科】C语言中，每个栈帧对应着一个未运行完的函数。栈帧中保存了该函数的返回地址和局部变量。

参考资料：

Microsoft. MSDN(Microsoft Developer Network)[EB/OL]. []. .

俞甲子 / 石凡 / 潘爱民. 《程序员的自我修养》[M]. 电子工业出版社, 2009-4.

比特科技. C语言进阶[EB/OL]. 2021[2021.8.31]. .

本章完。

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