第十章 语言编译系统和运行系统
编译运行流程
编译运行流程一、编译流程1.源代码编译过程的起点是源代码，它由程序员用编程语言编写而成。
不同的语言有不同的语法和规则，因此需要使用相应的编译器将源代码转换成机器可执行的指令。
2.预处理器预处理器是编译过程的第一步，它主要负责处理源代码中的预处理指令。
预处理指令以“#”开头，用于在编译之前对源代码进行一些处理，比如包含其他文件、宏定义和条件编译等。
预处理器将源代码中的预处理指令展开，并生成一个新的文件作为编译器的输入。
3.编译器编译器是编译过程的核心组成部分，它将预处理器生成的文件进行词法分析、语法分析和语义分析等处理，并生成中间代码。
其中，词法分析器将代码分解成一个个的符号（token），语法分析器根据语法规则对符号进行分析，语义分析器检查代码的语义是否正确。
中间代码通常是一种与具体计算机平台无关的抽象表示形式。
4.优化器优化器是编译过程中的一个可选组件，它对中间代码进行优化，以提高程序的执行效率和减小程序的体积。
优化器有多种优化策略，比如常量合并、代码移动和循环优化等。
5.目标代码生成目标代码生成是编译过程的最后一步，它将中间代码转换成机器指令。
目标代码生成器需要考虑目标平台的特性，比如字节顺序、寄存器数量和指令集等。
生成的目标代码通常是一个二进制文件，可以在目标平台上直接执行。
二、常见编译错误处理方法在编译过程中，经常会遇到编译错误。
下面列举了一些常见的错误类型和处理方法。
1.语法错误语法错误是最常见的编译错误，通常由于拼写错误、缺少分号或括号不匹配等原因导致。
处理方法是仔细检查错误提示信息，寻找错误所在的行和列，并纠正错误。
2.未定义的标识符未定义的标识符错误表示使用了一个没有定义的变量或函数名。
处理方法是检查标识符是否拼写正确，以及是否在正确的作用域内进行引用。
3.类型错误类型错误表示将一个错误的数据类型赋给一个变量或传递给一个函数。
处理方法是检查赋值或传递的数据类型是否正确，需要根据变量和函数的定义进行修改。
编译原理-运行环境
03
运行环境概述
操作系统
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理硬 件资源、提供软件运行环境以及执行用户任务。
操作系统的主要功能包括进程管理、内存管理、 文件系统和设备驱动等。
常见的操作系统有Windows、Linux和macOS等。
内存管理
寄存器分配
编译器通过合理地分配寄存器，减少 内存访问次数，提高程序的执行效率。
指令选择
编译器根据目标平台的指令集和特性， 选择最优的指令集来执行程序，以提 高程序的执行效率。
内存管理优化
内存布局优化
编译器可以通过优化内存布局，将相关数据和函数放在一起，减少 内存访问的开销。
内存访问优化
编译器可以通过优化内存访问，减少内存访问次数，提高程序的执 行效率。常见的优化技术包括缓存优化、预取技术等。
保护等。
03
常见的文件系统有FAT32、NTFS和ext4等。
进程与线程管理
进程是操作系统中一个独立运行的程序实例，具有独立的内存空间和系统 资源。
线程是进程中的一个执行单元，共享进程的资源，实现并发执行。
进程与线程管理的主要任务包括进程创建、进程终止、进程切换和线程调 度等。
04
运行环境与编译原理的关系
01 内存管理是操作系统的重要组成部分，负责分配 和回收内存资源。
02 内存管理的主要任务包括内存分配、内存回收、 内存保护和内存扩充等。
03 内存管理算法有静态分配、动态分配和垃圾回收 等。
件系统
01
文件系统是操作系统中用于管理文件存储和访问的机
制。
02
文件系统的主要功能包括文件存储、文件访问和文件
编译和运行的区别
编译和运行的区别计算机并不能直接地接受和执行用高级语言编写的源程序，源程序在输入计算机时，通过"翻译程序"翻译成机器语言形式的目标程序，计算机才能识别和执行。
这种"翻译"通常有两种方式，即编译方式和解释方式。
这两种方式有什么区别呢?下面，店铺告诉你答案。
1.编译方式编译：程序运行时之前，将程序的把有代码编译为机器代码，再运行这个程序。
编译方式是指利用事先编好的一个称为编译程序的机器语言程序，作为系统软件存放在计算机内，当用户将高级语言编写的源程序输入计算机后，编译程序便把源程序整个地翻译成用机器语言表示的与之等价的目标程序，然后计算机再执行该目标程序，以完成源程序要处理的运算并取得结果。
2.解释方式解释:程序运行时，取一条指令，将其换化为机器指令，再执行这条机器指令。
解释方式是指源程序进入计算机后，解释程序边扫描边解释，逐句输入逐句翻译，计算机一句句执行，并不产生目标程序。
如PASCAL、FORTRAN、COBOL等高级语言执行编译方式;BASIC语言则以执行解释方式为主;而PASCAL、C语言是能书写编译程序的高级程序设计语言。
3.编译方式和解释方式的区别编译程序、解释程序是两种语言的处理形式。
解释程序(为高级服务)直接执行源程序或源程序的内部形式，一般是读一句源程序，翻译一句，执行一句，不产生目标代码，如BASIC 解释程序。
编译程序(为高级服务)是将高级语言书写的源程序翻译成与之等价的低级语言的目标程序。
编译程序与解释程序最大的区别之一在于前者生成目标代码，而后者不生成。
此外，前者产生的目标代码的执行速度比解释程序的执行速度要快;后者人机交互好，适于初学者使用。
用COBOL、FORTRAN等语言编写的程序考虑到执行速度一般都是编译执行。
简单的说，编译就是全文翻译，全部翻译完才执行。
解释就相当于同声翻译，边翻译边执行。
编译语言, 比如C或C++, 你编一段程序, 由Turbo C, VC, 或其它什么编译器编译, 变成了一个可执行的程序文件 (在DOS或Windows 下, 扩展名为 .EXE的), 以后运行这个编译好的文件就成了. 因为已经翻译好了, 所以运行时就没有现场解释这一步, 当然快得多了. DOS或Windows下的 EXE 文件, 都是编译或汇编出来的。
C语言编译过程与运行机制
C语言编译过程与运行机制编程语言是计算机与人交流的桥梁，而C语言作为一种被广泛应用的高级编程语言，其编译过程与运行机制是每个C语言程序员必须了解的基本知识。
本文将深入探讨C语言编译过程以及程序的运行机制。
一、C语言编译过程C语言源代码是程序员用C语言编写的可读性较好的文本文件。
在进行C语言编译过程前，需要先了解一些基本概念和步骤。
1. 词法分析（Lexical Analysis）词法分析是编译器的第一个步骤，它将源代码分解为词法单元（Token）。
词法单元是源代码中的基本构造块，包括关键字、运算符、标识符、常量等。
例如，在下面这行代码中：```int x = 10;```词法分析会将其拆分为以下词法单元：```int、x、=、10、;```2. 语法分析（Syntax Analysis）语法分析是编译器的第二个步骤，它将词法单元组合成抽象语法树（Abstract Syntax Tree，简称AST）。
语法分析器根据编程语言的语法规则，来判断词法单元之间的关系和组合方式是否正确。
如果出现语法错误，编译器会给出相应的错误提示。
3. 语义分析（Semantic Analysis）语义分析阶段主要检查语法树的语义合法性。
它会检查变量使用是否合法、类型是否匹配等。
语义分析器会根据语言的规则进行类型检查，并生成符号表。
4. 中间代码生成（Intermediate Code Generation）中间代码生成阶段将抽象语法树翻译成中间代码，中间代码是一种与机器无关的低级语言。
常见的中间表示形式有三地址码、四元式等。
5. 代码优化（Code Optimization）代码优化是将中间代码进行一系列的优化处理，以提高程序的性能、减少资源的消耗等。
常见的优化手段包括删除冗余代码、循环展开、常量传播等。
6. 目标代码生成（Code Generation）目标代码生成阶段将优化后的中间代码翻译成特定机器的目标代码。
目标代码与计算机体系结构相关，可以是机器码、汇编代码等。
C语言编译原理编译过程和编译器的工作原理
C语言编译原理编译过程和编译器的工作原理C语言是一种广泛使用的计算机编程语言，它具有高效性和可移植性的特点。
在C语言程序的运行之前，需要通过编译器将源代码翻译成机器可以执行的目标代码。
编译器是一种专门用于将高级语言源代码转换为机器语言的程序。
编译过程分为四个主要阶段，包括词法分析、语法分析、语义分析和代码生成。
下面我们逐一介绍这些阶段的工作原理。
1. 词法分析词法分析是编译过程的第一步，它将源代码分解成一系列的词法单元，如标识符、常量、运算符等。
这些词法单元存储在符号表中，以便后续的分析和转换。
2. 语法分析语法分析的目标是将词法单元按照语法规则组织成一个语法树，以便进一步的分析和优化。
语法分析器使用文法规则来判断输入的字符串是否符合语法规范，并根据语法规则生成语法树。
3. 语义分析语义分析阶段对语法树进行分析并在合适的地方插入语义动作。
语义动作是一些与语义相关的处理操作，用于检查和修正代码的语义错误，并生成中间代码或目标代码。
4. 代码生成代码生成是编译过程的最后一个阶段，它将中间代码或语法树翻译为目标代码，使得计算机可以直接执行。
代码生成阶段涉及到指令的选择、寄存器分配、数据位置的确定等一系列的优化操作，以提高程序的性能和效率。
编译器是实现编译过程的工具。
它接收源代码作为输入，并将其转换为目标代码或可执行文件作为输出。
编译器工作原理可以简单概括为：读取源代码、进行词法分析和语法分析、生成中间代码、进行优化、生成目标代码。
编译器在编译过程中还涉及到符号表管理、错误处理、优化算法等方面的工作。
符号表用于管理程序中的标识符、常量、变量等信息；错误处理机制用于检测和纠正程序中的错误；优化算法用于提高程序的性能和效率，例如常量折叠、无用代码删除等。
总结起来，C语言编译过程涉及到词法分析、语法分析、语义分析和代码生成等阶段，每个阶段都有特定的工作原理和任务。
编译器作为实现编译过程的工具，负责将源代码转换为机器可以执行的目标代码。
c程序设计教程谭浩强第三版
c程序设计教程谭浩强第三版C程序设计教程是谭浩强教授编写的一本广受欢迎的C语言学习教材。
第三版在前两版的基础上做了进一步的修订和完善，更加适合初学者和中级学习者使用。
本教程涵盖了C语言的基础知识、语法规则、程序设计技巧以及一些高级主题。
以下是对这本教程的详细内容概述。
第一章：C语言概述本章介绍了C语言的发展历程、特点和应用领域，让读者对C语言有一个整体的认识。
同时，也介绍了C语言程序的基本结构和编译、链接过程。
第二章：数据类型、运算符和表达式这一章详细讲述了C语言中的基本数据类型，包括整型、浮点型、字符型等，以及它们在内存中的存储方式。
此外，还介绍了各种运算符的用法和优先级，以及如何构建表达式。
第三章：控制语句控制语句是程序设计中非常重要的部分，本章讲解了条件语句（if、switch）、循环语句（for、while、do-while）以及跳转语句（break、continue、goto）的用法和应用场景。
第四章：数组数组是C语言中一种基本的数据结构，用于存储具有相同类型的多个数据项。
本章介绍了一维数组和二维数组的声明、初始化和访问方法。
第五章：指针指针是C语言的核心概念之一，本章深入讲解了指针的基本概念、指针与数组的关系、指针的运算以及指针在函数中的应用。
第六章：函数函数是程序模块化的基础，本章介绍了函数的定义、声明、调用以及参数传递机制。
同时，也讨论了递归函数和内联函数的概念。
第七章：预处理指令预处理指令是C语言编译过程中的指令，用于在编译前对源代码进行处理。
本章介绍了宏定义、文件包含、条件编译等预处理指令的用法。
第八章：结构体和联合体结构体和联合体是C语言中用于创建复杂数据类型的工具。
本章讲解了它们的声明、初始化以及在程序中的应用。
第九章：位运算位运算是直接对数据的二进制位进行操作的运算。
本章介绍了位运算符的用法和一些常见的位运算技巧。
第十章：文件操作文件操作是程序与外部数据交互的重要方式。
C语言文件的编译到执行的四个阶段
C语言文件的编译到执行的四个阶段C语言程序的编译到执行过程可以分为四个主要阶段：预处理、编译、汇编和链接。
1.预处理：在这个阶段，编译器会执行预处理指令，将源代码中的宏定义、条件编译和包含其他文件等操作进行处理。
预处理器会根据源代码中的宏定义替换相应的标识符，并去除注释。
预处理器还会将包含的其他文件插入到主文件中，并递归处理这些文件。
处理后的代码被称为预处理后的代码。
2.编译：在这个阶段，编译器将预处理后的代码转换成汇编代码。
汇编代码是一种低级的代码，使用符号来表示机器指令。
编译器会对源代码进行词法分析、语法分析和语义分析，生成相应的中间代码。
中间代码是一种与特定硬件无关的代码表示形式，便于后续阶段的处理。
3.汇编：在这个阶段，汇编器将中间代码转化为机器可以执行的指令。
汇编器会将汇编代码翻译成二进制形式的机器指令，并生成一个目标文件。
目标文件包含了机器指令的二进制表示以及相关的符号信息。
4.链接：在C语言中，程序通常由多个源文件组成，每个源文件都经过了预处理、编译和汇编阶段得到目标文件。
链接器的作用就是将这些目标文件合并成一个可执行文件。
链接器会解析目标文件中的符号引用，找到其对应的定义并进行连接。
链接器还会处理库文件，将使用到的函数和变量的定义从库文件中提取出来并添加到目标文件中。
最终，链接器生成一个可以直接执行的可执行文件。
以上是C语言程序从编译到执行的四个阶段。
每个阶段都有特定的任务，并负责不同层次的代码转换和处理。
通过这四个阶段，C语言程序可以从源代码转换为机器能够执行的指令，并最终被计算机执行。
一文详解编译系统
一文详解编译系统编译系统是计算机科学中的重要概念，它是将高级语言代码转换为机器语言代码的工具。
在计算机科学领域，编译系统是一个复杂而庞大的系统，由多个组件和过程组成。
本文将详细介绍编译系统的组成部分和工作原理。
编译系统主要由三个主要组件组成：词法分析器、语法分析器和代码生成器。
词法分析器负责将源代码分解为一个个的词法单元，如关键字、标识符、运算符等。
语法分析器则根据语法规则对词法单元进行分析，构建语法树。
最后，代码生成器将语法树转换为目标机器代码。
编译系统的工作原理可以分为四个主要阶段：词法分析、语法分析、语义分析和代码生成。
在词法分析阶段，词法分析器将源代码分解为一个个的词法单元，并生成一个词法单元流。
在语法分析阶段，语法分析器根据语法规则对词法单元流进行分析，构建语法树。
在语义分析阶段，编译器对语法树进行语义检查，确保代码的正确性和合法性。
最后，在代码生成阶段，代码生成器将语法树转换为目标机器代码。
编译系统的优化是提高代码执行效率的重要手段。
编译器可以通过多种优化技术来改进生成的目标代码。
常见的优化技术包括常量折叠、循环展开、函数内联等。
这些优化技术可以减少代码的执行时间和空间占用，提高程序的性能。
编译系统还可以支持多种编程语言。
不同的编程语言有不同的语法和语义规则，因此编译系统需要根据不同的编程语言进行适配。
编译器可以通过编写不同的前端和后端来支持不同的编程语言。
前端负责将源代码转换为中间表示形式，而后端负责将中间表示形式转换为目标机器代码。
编译系统在软件开发中起着重要的作用。
它可以将高级语言代码转换为机器语言代码，使得计算机能够理解和执行代码。
编译系统的优化技术可以提高程序的性能，使得程序更加高效。
同时，编译系统还可以支持多种编程语言，为开发人员提供更多的选择。
总之，编译系统是计算机科学中的重要概念，它是将高级语言代码转换为机器语言代码的工具。
编译系统由词法分析器、语法分析器和代码生成器等组件组成，通过词法分析、语法分析、语义分析和代码生成等阶段来完成代码的转换。
C语言如何编译与运行程序
C语言如何编译与运行程序C语言是一种高级编程语言，可以通过编译和运行来执行C代码。
编译是将C代码转换为可以计算机理解的二进制形式的过程，而运行是指执行这个编译生成的二进制文件。
在C语言中，编译和运行程序可以通过以下几个步骤完成：2.保存代码文件：完成编写代码后，需要将代码保存为.c文件。
可以选择所在的位置和文件名。
3. 打开终端：在编译和运行C代码之前，需要打开终端窗口。
终端窗口是执行命令行操作的界面。
在Windows系统中，可以通过按下Win + R键，然后输入"cmd"，然后按回车键来打开命令提示符窗口。
在Mac OS 和Linux系统中，可以通过在启动程序或按下Ctrl + Alt + T键来打开终端。
4. 切换目录：在终端窗口中，需要使用"cd"命令切换到保存C代码的目录。
例如，如果代码保存在D:\MyCode目录中，则可以在终端中输入以下命令：```cd D:\MyCode```5.编译代码：在切换到代码所在目录后，输入以下命令编译代码：```gcc -o program 文件名.c这里的"gcc"是编译器的命令，"-o program"是可执行文件的输出指令，"文件名.c"是要编译的C代码文件。
例如，如果要编译名为"hello.c"的代码文件，则可以输入以下命令：```gcc -o hello hello.c```在编译成功后，会生成名为"hello"的可执行文件。
注意：如果没有安装gcc编译器，需要先安装gcc编译器。
在Linux 系统中，可以使用以下命令来安装gcc：```sudo apt-get install build-essential```6.运行程序：在成功编译C代码后，可以在终端窗口中输入以下命令来运行程序：```./程序名```例如，如果编译生成的可执行文件名为"hello"，则可以输入以下命令来运行程序：./hello```在运行程序后，终端窗口将显示程序输出的结果。
汇编语言源程序的运行过程
汇编语言源程序的运行过程汇编语言是一种低级别的编程语言，它与计算机硬件直接相关。
它通常被用于编写硬件驱动程序、嵌入式系统和最底层的操作系统等。
下面是汇编语言源程序的运行过程，涵盖了编译、链接、装载和执行等主要步骤。
1.编写源代码：汇编语言程序通常由汇编指令和伪指令组成。
汇编指令是一种与机器指令对应的易于阅读和理解的符号表示方式。
伪指令是一种用于声明和初始化变量、存储常量以及定义程序控制结构的特殊指令。
2.编译：汇编语言源代码需要通过汇编器进行编译，将其转换成机器可执行的目标代码。
汇编器将汇编指令转换成机器码，并生成与每条指令对应的目标代码。
3.链接：汇编语言源程序中可能会引用一些外部的函数或库。
在链接阶段，连接器将目标代码和外部函数的实现链接在一起，形成最终的可执行文件。
链接的目的是解决程序中的符号引用，保证被引用的函数能被正确执行。
4.装载：在执行之前，操作系统需要将可执行文件装载到内存中。
装载器会通过分析可执行文件的结构，并将代码、数据和栈等部分装入合适的内存位置，以便程序能够正常运行。
5.执行：装载后，汇编语言程序开始执行。
CPU从程序的入口地址开始执行第一条指令。
指令由操作码和操作数组成，操作码用于指示要执行的操作类型，操作数则提供了相关的数据。
依次执行每条指令，程序按照预定的算法和逻辑运行。
在执行过程中，程序可能需要和外部设备或其他软件交互，具体的输入和输出操作会通过中断和系统调用等机制进行。
中断可以触发特定的处理程序，用于处理硬件设备的输入输出或异常情况的处理。
系统调用允许程序通过操作系统提供的功能来进行输入输出、内存管理和进程调度等操作。
总的来说，汇编语言源程序的运行过程包括编写源代码、编译、链接、装载和执行。
这个过程关系到程序从开发到运行的相关步骤，每个步骤都需要严格的处理，以确保程序能够正确运行，并与外部环境进行良好的交互。
编译运行标准
编译运行标准编译和运行程序的基本流程如下：1. 编写程序2. 使用编译器将程序转换为可执行文件3. 运行可执行文件让我们更详细地了解这个过程。
1. 编写程序编写程序是第一步。
在这个阶段，我们需要使用一种编程语言来编写代码。
我们可以使用几乎任何编程语言，例如C、Python、Java、JavaScript等。
编程语言的选择取决于我们的工作类型和代码需求。
如果我们想编写一个操作系统内核，我们可以使用C或汇编语言来编写代码，因为这些编程语言提供了更细粒度的控制和更高的效率。
如果我们想构建一个简单的网站，我们可以使用Python、Ruby、JavaScript等高级编程语言，因为它们更易于学习和使用。
当我们编写完程序后，下一步是将代码转换为可执行文件。
这是通过使用编译器完成的。
编译器是一种将源代码转换为机器代码的程序。
1. 词法分析：将输入的源代码分解为独立的标记或单词。
2. 语法分析：将标记或单词组合成语法结构，这些语法结构可以表示代码中的控制流、操作等。
3. 语义分析：检查代码是否符合语义规则，例如变量是否被定义等。
4. 代码生成：将代码翻译为机器代码。
编译器可以通过命令行或集成开发环境（IDE）来使用。
```gcc program.c -o program```这将生成一个名为“ program”的可执行文件，我们可以将其运行以查看结果。
3. 运行可执行文件最后一步是运行可执行文件。
为此，我们可以使用操作系统的命令行或在IDE中运行程序。
在Windows上，我们可以双击可执行文件或在命令提示符下运行它：一旦我们运行了程序，计算机将执行我们编写的代码，并输出结果。
在某些情况下，我们可能需要输入某些数据，以便程序可以处理它并输出结果。
总结编译和运行程序是计算机科学中非常重要的步骤。
在这个过程中，我们需要编写代表所需操作的代码，使用编译器将代码转换为可执行文件，并在计算机上运行它。
熟练掌握编译和运行程序的流程对于成为一名成功的计算机科学家或大学教授至关重要。
C语言如何编译与运行程序
C语言如何编译与运行程序C语言是一种广泛应用于计算机编程领域的高级编程语言，它的编译和运行过程是每个程序员都需要了解和掌握的基本知识。
本文将介绍C语言程序的编译和运行过程，以及相关的工具和技术。
一、C语言编译过程C语言是一种面向过程的编程语言，程序员通过编写一段段代码来实现特定的功能。
在将代码转化为可执行程序之前，需要经过编译过程。
1. 预处理在编译之前，C语言编译器会进行预处理。
预处理器会根据程序中的预处理指令，如#include和#define等，对代码进行处理。
它会将所有的#include指令替换为对应的头文件内容，将#define指令替换为对应的宏定义。
预处理的目的是将程序中的各个部分整合在一起，为后续的编译做准备。
2. 编译编译是将预处理后的代码转化为汇编语言的过程。
编译器会将C语言代码翻译成汇编语言代码，汇编语言是一种更接近计算机硬件的低级语言。
在这个过程中，编译器会对代码进行语法检查和错误提示，确保代码的正确性。
3. 汇编汇编是将汇编语言代码转化为机器语言的过程。
汇编器会将汇编语言代码转化为二进制指令，这些指令可以直接在计算机上执行。
汇编过程中，还会对代码进行优化，以提高程序的执行效率。
4. 链接链接是将多个源文件和库文件合并成一个可执行程序的过程。
链接器会将编译和汇编生成的目标文件进行合并，并解析函数调用和变量引用的关系。
链接器还会将程序需要的库文件链接到可执行程序中，以提供额外的功能和资源。
二、C语言程序的运行编译完成后，C语言程序就可以被执行了。
程序的执行过程可以分为以下几个步骤：1. 加载当我们运行一个C语言程序时，操作系统会将可执行程序从磁盘中加载到内存中。
加载过程中，操作系统会为程序分配内存空间，并将程序的指令和数据加载到相应的内存地址中。
2. 执行一旦程序被加载到内存中，操作系统会将控制权交给程序的入口点，即main 函数。
程序从main函数开始执行，按照代码的顺序逐行执行指令。
编程语言的编译与解释执行
编程语言的编译与解释执行在计算机领域，编程语言是人与计算机之间进行交流的桥梁，编程语言的编译与解释执行是实现程序功能的两种主要方式。
本文将探讨编程语言的编译和解释执行的概念、原理以及优缺点。
一、编程语言的编译编译是将高级语言代码转换为机器可执行的低级语言代码的过程。
在编译过程中，编译器会逐行扫描源代码，并将其转化为与特定计算机体系结构兼容的机器代码。
以下是编程语言的编译过程的主要步骤：1. 词法分析：编译器将源代码分解为各种基本单元，比如关键字、运算符、标识符和常量等。
2. 语法分析：编译器将词法分析阶段生成的基本单元组合成语法结构，生成抽象语法树（AST）。
3. 语义分析：编译器对生成的AST进行语义检查，以保证代码的正确性和一致性。
4. 代码生成：编译器将AST转化为目标机器代码，并进行优化，以提高程序的执行效率。
编译的好处是生成的目标代码执行速度快，且具有较好的移植性。
然而，编译的过程需要事先将源代码转化为机器代码，这意味着程序员在修改代码后需要重新编译，导致开发效率低下。
二、编程语言的解释执行解释执行是将源代码逐行解析并立即执行的过程。
解释器通过逐行解释源代码，并将其转化为中间代码或直接执行，而无需事先生成目标代码。
以下是编程语言的解释执行过程的主要步骤：1. 词法分析：解释器将源代码逐行解析为基本单元，并执行相应操作。
2. 语法分析：解释器根据词法分析结果构建抽象语法树（AST），并按照语法规则进行解释执行。
3. 语义分析：解释器对AST进行语义检查，并执行相应操作。
在解释执行过程中，解释器可以根据需要即时优化代码。
解释执行的好处是开发效率高，可以在修改代码后立即查看结果。
然而，解释执行的程序执行速度相对较慢，因为需要逐行解释执行源代码。
三、编译与解释执行的对比编译和解释执行是两种不同的编程语言实现方式，各有优缺点。
下面是它们的对比：1. 执行效率：编译生成的目标代码执行速度快，而解释执行的速度相对较慢。
解密编程语言中的底层运行原理
解密编程语言中的底层运行原理编程语言的底层运行原理指的是编程语言如何被计算机执行的过程。
在此过程中，编程语言的源代码经过一系列的编译（或解释）处理被转换成机器语言或者中间代码，然后由计算机硬件执行。
底层运行原理包括编程语言的编译方式、执行过程、内存管理以及优化等方面。
下面将介绍一些常见的编程语言底层运行原理。
一、编程语言的编译方式编程语言的编译方式分为编译型和解释型两种。
编译型语言如C、C++等在程序执行之前需要经过编译器的编译过程，将源代码转换成目标代码或机器代码，再被计算机硬件执行。
而解释型语言如Python、Ruby等是通过解释器逐行执行源代码。
编译型语言的编译过程一般分为四个阶段：词法分析、语法分析、语义分析和代码生成。
词法分析将源代码分解成单词（token），语法分析将单词组织成语法树，语义分析对语法树进行语义检查和类型推导，代码生成将语法树转换成目标代码。
解释型语言的执行过程是逐行解释源代码。
解释器会逐行读取源代码，解析每一行代码并动态执行。
二、编程语言的执行过程无论是编译型语言还是解释型语言，编程语言的执行过程都涉及到编译器或解释器的介入。
以下是编程语言的一般执行过程：1.词法分析编译器或解释器会将源代码分解为单词（token），例如标识符、关键字、运算符等。
词法分析器会根据语言的词法规则判断每个单词的类型。
2.语法分析语法分析器会根据语言的语法规则组织单词，生成语法树。
语法树反映了源代码的结构。
3.语义分析语义分析器在语法树的基础上进行语义检查和类型推导。
它会检查数据类型是否匹配、变量是否定义等语义正确性问题。
4.代码生成（仅编译型语言）如果是编译型语言，编译器会将语法树转换为目标代码或机器代码。
代码生成阶段会进行优化，以提高代码的性能和效率。
5.代码执行（解释型语言）或目标代码执行（编译型语言）解释型语言的解释器会逐行解析和执行源代码。
编译型语言的目标代码会被计算机硬件执行。
三、内存管理编程语言需要对内存的分配和管理进行操作，以便于程序的正常执行。
编译型语言的运行方式
编译型语言的运行方式与解释型语言有所不同。
编译型语言在运行之前需要经过编译器的处理，将源代码转换为机器语言的可执行文件。
以下是编译型语言的运行方式的基本步骤：
1. 编写源代码：使用编译型语言（如C、C++、Java）编写源代码文件，其中包含程序的逻辑和功能。
2. 编译：使用编译器将源代码转换为机器语言的可执行文件。
编译器会进行词法分析、语法分析、语义分析和代码生成等过程，生成对应的机器指令。
3. 链接：在一些编译型语言中，编译生成的可执行文件可能还需要与其他库文件进行链接，以便程序能够正确地访问所需的外部函数和资源。
4. 执行：生成的可执行文件可以直接在计算机上运行。
操作系统会加载可执行文件到内存中，并按照指令执行程序的逻辑和功能。
5. 运行结果：编译型语言的程序在执行过程中会直接操作计算机的硬件资源，因此通常具有较高的执行效率和性能。
程序的运行结果将根据程序的逻辑和功能而定。
要注意的是，编译型语言的运行方式可能会因不同的编译器、操作系统和硬件平台而有所差异。
在编写和运行编译型语言的程序时，需要确保编译器和运行环境的兼容性，并按照编译器的要求进行编译和链接操作。
C语言程序的编译与运行
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二、上机运行Ｃ程序的方法
目前使用的大多数C编译系统都是集成环境(IDE)的。 可以用不同的编译系统对C程序进行操作 常用的有Turbo C 2.0、Turbo C++ 3.0、Visual C++等 Turbo C++ 3.0：是一个集成环境，它具有方便、直观 和易用的界面，虽然它也是DOS环境下的集成环境， 但是可以把启动Turbo C++ 3.0 集成环境的DOS执行文 件tc.exe生成快捷方式，也可以用鼠标操作。 Visual C++：也可以用Visual C++对C程序进行编译。
2.3 Ｃ语言程序的编译与运行
源程序 test.c
编译
test.obj
可执行
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代码
test.exe
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1
运行Ｃ程序的步骤：
1.编辑：选择适当的编辑程序,将C语言源程序通过键盘输入到计 算机中,并以文件的形式存入到磁盘中（.C）
2.编译：即将源程序翻译成机器语言程序的过程。编译出来的程 序称为目标程序(.OBJ）
– 选择菜单 Alt + 首字母 或 按F10 再 选择
– 退出
Alt + X
– 全屏切换 Alt+Enter
快捷键：
F5 扩大或恢复信息窗口
F6 使光标在编辑窗口和最新信课息件 窗口之间转换
13
New —— 编辑新文件 Load —— 装入已有文件 Save —— 重新存储文件 Write to —— 按指定名字存储文件 Change dir —— 指定目录下的文件名 Pick —— 显最近编辑过的若干个文件名 Directory —— 显示当前目录下指定扩展名的所有文件 OS shell —— 进入DOS系统，出现DOS系统提示符，可直接执行
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10.1 C语言编译系统
10.1.5 符号解析
• 将每个符号引用正确地与某可重定位模块的 符号表中的一个符号定义相关联，从而确定 各个符号引用的位置
• 在所有输入模块中都找不到被引用符号的定 义，则打印错误消息并结束连接
• 需要定义解析规则
10.1 C语言编译系统
描述目标文 件的节
.strtab 节头表
10.1 C语言编译系统
.debug节
ELF头 0 .text
用于调试程序的调试符 号表
.rodata .data
.line节
源文件和.text节中的机 节 器指令之间的行号映射
.strtab
一组有空结束符的串构
成的串表
描述目标文
件的节
.bss .symtab .rel.text .rel.data .debug
位 • 重定位swap2中任何对libc.so或mylib.so定义
的符号的引用 • 将控制传递给应用程序
10.1 C语言编译系统
10.1.9 处理目标文件的一些工具 ar 创建静态库，插入、删除、罗列和提取成 strings 列出包含在目标文件中的所有可打印串 strip 从一个目标文件中删除符号表信息 nm 列出一个目标文件的符号表中定义的符号 size 列出目标文件中各段的名字和大小 readelf 显示目标文件的完整结构，包括编码在ELF头
须在理解了进程、虚拟内存和内存分页等概 念以后
10.1 C语言编译系统
10.1.8 动态连接 • 静态库
– 周期性地被维护和更新 – 内存可能有多份printf和scanf的代码
• 共享库
– 在运行时可以装到任意的内存位置，被内存中 的进程共享
10.1 C语言编译系统
共享库以两种不同的方式被共享 • 共享库的代码和数据被所有引用该库的可执
(2) int buf[2];
(2)
(3) #else
(3) int buf[2];
(4) int buf[2] = {10,20};
(4)
(5) #endif
(5)
(6) void swap();
(6)
(7) #define A buf[0]
(7) void swap();
(8) int main()
10.1 C语言编译系统
10.1.1 预处理器 • gcc首先调用预处理器cpp，将源程序文件翻
译成一个ASCII中间文件，它是经修改后的源 程序 • cpp实现以下功能
–文件包含 –宏展开 –条件编译
10.1 C语言编译系统
main.c
main.i
(1) #if 1
(1) # 1 “main.c”
10.1 C语言编译系统
ELF头
ELF头 0 .text
• 描述了字的大小
• 产生此文件的系统的字 节次序
• 目标文件的类型
节
• 机器类型
• 节头表的位置、条目多 少
• 其它
描述目标文 件的节
.rodata .data .bss .symtab .rel.text .rel.data .debug .line .strtab 节头表
第十章 语言编译系统和运行系统
本章内容 • C语言编译系统
–预处理器、汇编器、连接器 – 目标文件的格式、静态库、动态连接
• Java运行系统
• 掌握从源程序到可执行目标程序的实际处理 过程
• 对实际参与软件开发是直接有用的
10.1 C语言编译系统
•C源程序可以分成 若干个模块
源程序 预处理器
•分别进行预处理、 修改后的源程序
(13)return 0;
(14) return 0;
(14) }
(15) }
10.1 C语言编译系统
10.1.2 汇编器 • GCC系统的编译器cc1产生汇编代码 • 最简单的汇编器对输入进行两遍扫描 • 一遍扫描完成汇编代码到可重定位目标代码
的翻译也是完全可能的 • 用 gcc S main.c 可以得到汇编文件main.s • 用 as o main.o main.s 可以将main.s汇编成可重定位目标文件main.o
10.1 C语言编译系统
一段汇编代码 .L2:
cmpl $0,-4(%ebp) jne .L6 jmp .L11 .L11: cmpl $0,-8(%ebp) jne .L6 jmp .L12 .L12: jmp .L5 .p2align 4,,7 .L6:
10.1 C语言编译系统
10.1.3 连接器
目标模块或目标文件的形式 • 可重定位的目标文件 • 可执行的目标文件 • 共享目标文件
– 一种特殊的可重定位目标文件 – 在装入程序或运行程序时，动态地装入到内存并
连接
10.1 C语言编译系统
• 连接是一个收集、组织程序所需的不同代码 和数据的过程，以便程序能被装入内存并被 执行
• 连接的时机
–编译时 –装入时 –运行时
ELF头 0 .text
被编译程序的机器代码
.rodata节
诸如printf语句中的格 式串和switch语句的跳
节
转表等只读数据
.rodata .data .bss .symtab .rel.text .rel.data
.data节
已初始化的全局变量
描述目标文 件的节
.debug .line
.strtab 节头表
可重定位文件 main.o 连接器 swap1 完全连接的可执行文件
10.1 C语言编译系统
10.1.7 可执行目标文件及装入 • 可执行目标文件与可重定位目标文件格式类
似 • 可执行目标文件的装入由加载器完成
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典型的ELF可执行目标文件
将下面的节映射到 运行时的内存段
描述目标文件 的节
(8)
(9) { (10)scanf("%d, (11)swap();
%d",
buf,
(9) int main()
buf+1);((1110))
{ scanf("%d,
(12) swap();
%d",
buf,
buf+1);
(12)printf("%d, %d",A, buf[1]); (13) printf("%d,%d",buf[0], …);
加载器（execve） mylib.so 代码和
数据
完全连接的可执行程序 已在内存中
动态连接器（ld-linux.so）
10.1 C语言编译系统
加载器通常装入和运行动态连接器
动态连接器接着完成连接任务 • 把libc.so的文本和数据装入内存并进行重定位 • 把mylib.so的文本和数据装入内存并进行重定
• 重定位
10.1 C语言编译系统
10.1.4 目标文件的格式 • 目标文件格式随系统不同而不同 • 介绍Unix的ELF（Executable and Linkable
Format）格式 • Linux、System V Unix的后期版本、BSD
Unix变体和Sun Solaris，都使用Unix的ELF 格式
编译和汇编、形成
编译器
可重定位的目标文 件
•目标文件和必要的
汇编程序 汇编器
库文件连接成一个 可执行的目标文件
可重定位的目标程序 库 连接器
• gcc和cc是编译驱
可重定位的
动程序的名字
可执行的目标程序 目标文件
10.1 C语言编译系统
main.c (1) #if 1 (2) int buf[2]; (3) #else (4) int buf[2] = {10,20}; (5) #endif (6) void swap(); (7) #define A buf[0] (8) int main() (9) { (10)scanf("%d, %d", buf, buf+1); (11)swap(); (12)printf("%d, %d",A, buf[1]); (13)return 0; (14) }
swap.c (1) extern int buf[2]; (2) int *bufp0 = buf; (3) int *bufp1; (4) void swap() (5) { (6) int temp; (7)bufp1 = buf+1; (8)temp = *bufp0; (9)*bufp0 = *bufp1; (10)*bufp1 = temp; (11) }
行目标文件所共享 • 共享库的.text节在内存中的一个副本可以被
正在运行的不同进程共享
10.1 C语言编译系统
源文件 main.c
翻译器 （cpp,cc1,as）
可重定位文件 main.o
libc.so mylib.so
重定位和符 号表信息
连接器（ld）
部分连接的可执 行目标文件
swap2
libc.so
10.1 C语言编译系统
.rel.text节
ELF头 0 .text
.text节中需要修改的 单元的位置列表
.rel.data节 用于被本模块引用或定 节 义的全局变量的重定位 信息
.rodata .data .bss .symtab .rel.text .rel.data .debug .line
ELF头 段头表
.init .text .rodata .data .bss .symtab .debug .line .strtab 节头表
只读内存段
读/写内存段