一个程序的执行过程

1.信息在计算机的中表示

我们知道，信息在计算机中都是用0或1表示的。计算机通过这些位信息以及上下文来解读这些0/1。也即：计算机中的信息=位+上下文。

我们输入的hello程序就是由0、1组成的序列，将这些位8位组织成一个字节，每个字节用来表示一个文本字符。ASCII码给出了一种字符与数字的一一对应关系。

hello, world程序以字节方式存放于文件中，如下图所示。其每个字符对应一个数字，具体可参考ASCII码表。



图1 Hello world程序的ASCII码表示

2.将程序翻译成机器可读的格式

因为我们输入的hello, world程序是人可读的，机器并不能直接识别它们。我们需要把这些文字翻译成机器可执行的二进制文件。这一部分的工作是由编译系统完成的。编译系统由预处理器、编译器、汇编器、连接器四部分组成。以hello, world程序为例，各部分共同完成将源文件编译成二进制可执行文件。

预编译：主要处理源代码中的预处理指令，引入头文件，去除注释，处理所有的条件编译指令，宏的替换，添加行号，保留所有的编译器指令。

gcc -E main.c -o main.i

编译：编译过程所进行的是对预处理后的文件进行语法分析，词法分析，语义分析，符号汇总，然后生成汇编代码。

gcc –S main.i -o main.s

汇编：这里的汇编所说的是一个过程，将汇编代码转成二进制文件，二进制文件就可以让机器来读取。每一条汇编语句都会产生一句机器语言。

gcc -c main.s -o main.o

链接:将目标文件、启动代码、库文件链接成可执行文件的过程，这个文件可被加载或拷贝到存储器执行。

连接处理可以分为两种：

①静态链接：（编译时）

链接器将函数的代码从其所在地（目标文件或静态链接库中）拷贝到最终的可执行程序中。这样该程序在被执行时这些代码将被装入到该进程的虚拟地址空间中。静态链接库实际上是一个目标文件的集合，其中的每个文件含有库中的一个或者一组相关函数的代码。

为创建可执行文件，链接器必须要完成的主要任务：
符号解析：把目标文件中符号的定义和引用联系起来;
重定位：把符号定义和内存地址对应起来，然后修改所有对符号的引用。

②动态链接（加载运行时）：在此种方式下，函数的定义在动态链接库或共享对象的目标文件中。在编译的链接阶段，动态链接库只提供符号表和其他少量信息用于保证所有符号引用都有定义，保证编译顺利通过。动态链接器(ld-linux.so)链接程序在运行过程中根据记录的共享对象的符号定义来动态加载共享库，然后完成重定位。在此可执行文件被执行时，动态链接库的全部内容将被映射到运行时相应进程的虚地址空间。动态链接程序将根据可执行程序中记录的信息找到相应的函数代码

gcc -o main main.o

3.处理器读取并解释存储在存储器中的指令

Shell:命令行解释器，为用户提供了一只与系统打交道的方式。它等待用户的输入，当用户输入一行命令后，shell先判断它是不是一个shell内置命令，如果不是，shell会假定用户输入为一个可执行文件的名字，从而去加载并执行该文件。因此，当我们通过编译系统将源文件编译成可执行二进制文件后，在shell中输入我们得到的可执行二进制文件名，shell将其从磁盘中加载到存储器(注：我们的可执行文件是存放在磁盘上的)，并通过处理器进行解释执行，得到最终的结果，输出到终端(显示器)上进行显示。自此，我们的hello, world程序完成了其生命周期。