一、翻译环境和运⾏环境

在 ANSIC 的任何⼀种实现中，存在两个不同的环境。

第1种是翻译环境，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）。

第2种是执⾏环境，它⽤于实际执⾏代码。

二、 翻译环境

那翻译环境是怎么将源代码转换为可执⾏的机器指令的呢？这⾥我们就得展开开讲解⼀下翻译环境所做的事情。

其实翻译环境是由编译和链接两个⼤的过程组成的，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。

⼀个C语⾔的项⽬中可能有多个 .c ⽂件⼀起构建，那多个 .c ⽂件如何⽣成可执⾏程序呢？

• 多个.c⽂件单独经过编译器，编译处理⽣成对应的⽬标⽂件。

• 注：在Windows环境下的⽬标⽂件的后缀是 .obj ，Linux环境下⽬标⽂件的后缀是 .o

• 多个⽬标⽂件和链接库⼀起经过链接器处理⽣成最终的可执⾏程序。

链接库是指运⾏时库(它是⽀持程序运⾏的基本函数集合)或者第三⽅库。

如果再把编译器展开成3个过程，那就变成了下⾯的过程：

 1、预处理（预编译）

在预处理阶段，源⽂件和头⽂件会被处理成为 .i 为后缀的⽂件。

在 gcc 环境下想观察⼀下，对 test.c ⽂件预处理后的 .i ⽂件，命令如下：

gcc -E test.c -o test.i

• 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。

• 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 .i 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。

gcc -S test.i -o test.s

对下⾯代码进⾏编译的时候，会怎么做呢？假设有下⾯的代码

 

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

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（1）词法分析

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）语法分析

接下来语法分析器，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。

 （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变成机器可执⾏的指令（2进制的指令），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 的进⾏翻译，也不做指令优化。

gcc -c test.s -o test.o

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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。

⽐如：

在⼀个C的项⽬中有2个.c⽂件（ test.c 和 add.c ），代码如下

 test.c

#include <stdio.h>
//test.c
//声明外部函数
extern int Add(int x, int y);
//声明外部的全局变量
extern int g_val;
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	int sum = Add(a, b);
	printf("%d\n", sum);
	return 0;
}

int g_val = 2022;

int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

三、运⾏环境

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。

 四、总结

翻译环境（Translation Environment）指的是将高级语言代码转换为可执行代码的过程。对于C语言来说，翻译环境包括预编译、编译、汇编和链接四个步骤。

1. 预编译（Preprocessing）：预编译阶段主要处理以"#"开头的预编译指令，包括宏展开、头文件包含和条件编译等。预编译器将预编译指令转换为处理后的C代码。

2. 编译（Compilation）：编译器将预编译后的C代码转换为汇编代码，进行词法分析、语法分析、语义分析和优化等过程，最终生成汇编代码。

3. 汇编（Assembly）：汇编器将汇编代码转化为机器可执行的目标代码，对每条汇编指令进行翻译，生成与特定硬件平台相关的机器指令。

4. 链接（Linking）：链接器将目标代码和库文件进行链接，解析符号引用，生成最终的可执行文件。链接器将所有被引用的函数和变量进行连接，使得代码能够正确运行。

对于使用VS2022进行C语言开发，以上步骤会在编译过程中自动完成。开发者只需编写C代码，在编译过程中，VS2022会自动执行预编译、编译、汇编和链接的步骤，生成最终的可执行文件。