# 从编写源代码到程序在内存中运行的全过程解析

## 从编写源代码到程序在内存中运行的全过程解析

<https://blog.csdn.net/kang___xi/article/details/79571137>

c++这个文件，定义了很多数据，怎么存储运行的？

```cpp
int gdata1 = 10;
int gdata2 = 0;
int gdata3;

static int gdata4 = 11;
static int gdata5 = 0;
static int gdata6;

int main(void)
{
    int a = 12;
    int b = 0;
    int c;

    static int d = 13;
    static int e = 0;
    static int f;
    return 0;
}
```

### 1.什么是数据

* 数据

  数据指的是称序中定义的全局变量和静态变量。还有一种特殊的数据叫做常量。所以上面的的gdata1、gdata2、gdata3、gdata4、gdata5、gdata6、d、e和f均是数据。
* 数据存放在哪里

  数据存放的区域有三个地方：**.data段、.bss段和.rodata段**。

  对于初始化不为0的全局变量和静态变量存放在.data段，即gdata1、gdata4和d存放在.data段；

  对于未初始化或者初始化值为0的段存放在.bss段中，而且不占目标文件的空间，即gdata2、gdata3、gdata5、gdata6、e和f存放在.bss段。

  而对于字符串常量则存放在.rodata段中，而且对于字符串而言还有一个特殊的地方，就是它在内存中只存在一份。下面给个代码来测试：

```cpp
#include<stdio.h>
int main(void)
{
    const char *pStr1 = "hello,world";
    const char *pStr2 = "hello,world";
    printf("0x%x\n", pStr1);
    printf("0x%x\n", pStr2);
    return 0;
}
```

输出的地址肯定是一样的。因为常量字符串“hello,world”只存在一份。（其它语言python也是一样的）

### 2.什么是指令

​ 什么是指令？也就是什么是程序代码。很简单，程序中除了数据，剩下的就都是指令了。这里有一个容易混淆的地方，如下面的代码：

```cpp
#include<stdio.h>
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 20;
    printf("a+b=%d\n", a + b);
    return 0;
}
```

### 3.什么是符号

​ 我们在编写程序完，进行链接时会碰到这样的错误："错误 LNK1169 找到一个或多个多重定义的符号 "，即符号重定义。那什么是符号，什么东西会产生符号，符号的作用域又是怎样的呢？

**在程序中，所有数据都会产生符号，而对于代码段只有函数名会产生符号**。而且**符号的作用域有global和local之分**，对于未用static修饰过的全局变量和函数产生的均是global符号，这样的变量和函数可以被其他文件所看见和引用；而使用static修饰过的变量和函数，它们的作用域仅局限于当前文件，不会被其他文件所看见，即其他文件中也无法引用local符号的变量和函数。

对于上面的 “找到一个或多个多重定义的符号” 错误原因有可能**是多个文件中定义同一个全局变量或函数，即函数名或全局变量名重了**。

### 4.虚拟地址空间布局

​ 对于32位操作系统，每个操作系统都有2^32字节的虚拟地址空间，即4G的虚拟地址空间。这4G的虚拟地址空间分为两个大部分：每个进程独立的3G的用户空间，和所有进程共享的1G的内核空间。具体分布如下图：

![img](https://img-blog.csdn.net/20180408174128923)

## 二、编译过程

### 1.编译

​ 整个编译分为四个步骤：首先编写**源文件main.c/main.cpp**；编写好代码以后进行**预编译成main.i**文件，预编译过程中去掉注释、进行宏替换、增加行号信息等；然后将**main.i文件经过语法分析、代码优化和汇总符号**等步骤后，编译**形成main.S的汇编文件**，里面存放的都是汇编代码；最后一个编译步骤是进行汇编，从**main.S变成二进制可重定位目标文件main.o**。

以上四个步骤对应的在linux下的命令为：

```
gcc -E main.c -o main.i  #预编译，生成main.i文件
gcc -S main.i            #编译，生成main.S文件
gcc -c main.S            #汇编，生成main.o文件
gcc main.o -o main       #链接，生成可执行文件
```

### 2.二进制可重定位目标文件的结构和布局

首先给出一个二进制可重定位目标文件(linux下&#x662F;*.o文件，windows中是*.obj文件)的总体布局，简单来说整个obj文件就是由**ELF header+各种段组成**：

![img](https://img-blog.csdn.net/20180408235958135)

二进制可重定位文件的头部，可以看到**ELF header占64个字节，里面存放着文件类型、支持的平台、程序入口点地址等信息**，如果你对每个字段的具体含义感兴趣，可以看《程序员自我修养》：


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Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter:

```
GET https://im-qianuxn.gitbook.io/pytorch/ji-suan-ji/c++/yun-xing-guo-cheng.md?ask=<question>
```

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