要理解一個(gè)程序的執(zhí)行過程，首先要理解什么是編譯器。我們用C語言寫的程序，計(jì)算機(jī)只能識別機(jī)器語言（二進(jìn)制指令），計(jì)算機(jī)并不能理解。因此，必須 將C語言轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言。編譯器就是用來實(shí)現(xiàn)這一功能的。編譯器將源代碼文件按照一定的對應(yīng)規(guī)則映射程計(jì)算機(jī)能夠識別的二進(jìn)制指令。

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關(guān)于源文件、目標(biāo)文件和可執(zhí)行文件
源文件：保存源代碼的文件（*.c, *.cpp)
目標(biāo)文件：編譯器根據(jù)源文件創(chuàng)建的機(jī)器語言指令成為目標(biāo)代碼，包含目標(biāo)代碼的磁盤文件即目標(biāo)文件。
?一般為（*.obj）文件，Linux下為（*.o）文件。

編譯完源代碼后生成的目標(biāo)文件并不能直接執(zhí)行。一般我們編寫的程序都會(huì)引用基本的庫函數(shù)，因此在運(yùn)行程序之前還要把庫函用定義好的目標(biāo)代碼替換，這個(gè)過程稱為鏈接。就是把自己寫的源代碼的目標(biāo)文件與庫函數(shù)的目標(biāo)文件組合起來，生成最終的可執(zhí)行文件。鏈接由鏈接器完成。

一般程序的執(zhí)行過程：

程序先由程序員編輯創(chuàng)建并保存在硬盤上，源程序在機(jī)器上表現(xiàn)為01組成的位序列，8個(gè)位一個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)表示一個(gè)文本字符，它是以ascii碼的形式表示的。只由ascii字符組成的文件叫做文本文件，所有其他的叫做二進(jìn)制文件。

? ? ? ?為了讓機(jī)器能夠識別并運(yùn)行程序，每條語句必須被轉(zhuǎn)為低級機(jī)器語言指令，然后將指令按照可執(zhí)行目標(biāo)程序的格式打包，并以二進(jìn)制磁盤文件的形式存放起來。以c程序?yàn)槔?#xff0c;轉(zhuǎn)換過程大致分為預(yù)處理，編譯，匯編，鏈接四個(gè)步驟。下面進(jìn)行詳細(xì)解釋。

? ? ? ?預(yù)處理器根據(jù)以字符#開頭的命令修改原始的c程序，比如#include<stdio.h>告訴預(yù)處理器讀取系統(tǒng)頭文件stdio.h的內(nèi)容，并把它直接插入程序文本中，將#define的變量替換等等，結(jié)果得到了另一個(gè)c程序，通常以.i作為文件擴(kuò)展名。

? ? ? ?編譯器將文本文件hello.i翻譯成hello.s，它包含了一個(gè)匯編語言程序。匯編語言程序中的每條語句都以一種標(biāo)準(zhǔn)的文本格式確切的描述一條低級機(jī)器語言指令。

? ? ? ?匯編器將匯編程序翻譯為機(jī)器語言指令，把這些指令打包成可重定位目標(biāo)程序（relocateble object program）的格式，并把結(jié)果保存在hello.o中。hello.o文件是二進(jìn)制文件，因?yàn)樗淖止?jié)編碼是機(jī)器語言指令而不是ascii碼。如果用文本編輯器打開hello.o會(huì)看到一堆亂碼。

? ? ? ?鏈接階段，比如hello中用到了printf函數(shù)，這是標(biāo)準(zhǔn)c庫的函數(shù)，存在于一個(gè)名為printf.o的單獨(dú)編譯好的目標(biāo)文件中，這個(gè)文件必須以某種方式合并到我們編譯好的的目標(biāo)文件中。鏈接器（ld）程序負(fù)責(zé)處理這種合并，結(jié)果得到hello文件，它是可執(zhí)行目標(biāo)文件，可以被加載到內(nèi)存中，由系統(tǒng)執(zhí)行。

? ? ? ?轉(zhuǎn)換完成之后就是執(zhí)行了。在unix系統(tǒng)中，shell是一個(gè)命令行解釋器，輸出一個(gè)提示符，等待用戶輸入然后執(zhí)行命令。如果輸入的第一個(gè)單詞不是一個(gè)內(nèi)置的shell命令，shell將其解釋為可執(zhí)行文件，比如輸入./hello，它將加載并運(yùn)行這個(gè)文件。hello在屏幕上輸出信息，然后終止。shell輸出一個(gè)提示符，等待下一個(gè)輸入的命令行。具體的過程為：初始時(shí)，shell執(zhí)行它的指令，等待輸入。用戶輸入字符創(chuàng)“./hello”后，shell將字符逐一讀入寄存器，然后存放到存儲(chǔ)器中，敲回車鍵后，shell知道用戶結(jié)束命令輸入。然后shell執(zhí)行一系列的指令來加載可執(zhí)行的hello文件，將hello目標(biāo)文件的代碼和數(shù)據(jù)從磁盤復(fù)制到主存，數(shù)據(jù)包含輸出的字符串"HELLO,WORLD\n"。一旦目標(biāo)文件hello中的代碼和數(shù)據(jù)被加載到主存，處理器開始執(zhí)行main的機(jī)器語言指令，將字符串從主存拷貝到寄存器，并輸出到屏幕上。

? ? ? ?由于涉及大量的主存，磁盤，寄存器通信，故產(chǎn)生了cache等緩沖提高速度的設(shè)備，減少通信阻塞。

? ? ? ? 為了減少用戶的負(fù)擔(dān)，操作系統(tǒng)對計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行了抽象，產(chǎn)生了進(jìn)程，線程，虛擬地址等概念。進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，是操作系統(tǒng)分配資源的單位，多個(gè)進(jìn)程是可以并發(fā)執(zhí)行的，并發(fā)執(zhí)行實(shí)際上每個(gè)時(shí)刻執(zhí)行的還是一個(gè)進(jìn)程，只不過進(jìn)程間切換的速度比較快，給人的感覺是并發(fā)執(zhí)行。操作系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程保存執(zhí)行的狀態(tài)信息，稱為上下文，包括pc和寄存器文件當(dāng)前值，主存內(nèi)容等等。切換進(jìn)程時(shí)，發(fā)生上下文切換。一個(gè)進(jìn)程中可以有多個(gè)線程執(zhí)行單元，每個(gè)線程都運(yùn)行在進(jìn)程的上下文中，共享同樣的代碼和數(shù)據(jù)，由于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等應(yīng)用對并行處理的需求越來越大，多線程模型也越來越重要。虛擬地址為每個(gè)進(jìn)程提供了一個(gè)假象，即每個(gè)進(jìn)程都在獨(dú)占主存，每個(gè)進(jìn)程看到的是一致的存儲(chǔ)器，稱為虛擬地址空間。虛擬地址空間是由大量的準(zhǔn)確定義的區(qū)構(gòu)成，linux從低地址到高地址依次為：程序代碼和數(shù)據(jù)；堆；共享庫；棧；內(nèi)核虛擬存儲(chǔ)器。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C++程序的执行过程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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