一、問題背景
最近博主在複習各類編程語言知識時，在類比Java解釋型高級語言的運行機制時，第一時間想到了C/C++的運行機制，於是博主我查閱相關資料後對C/C++的運行機制做一個詳細但易懂的總結歸納。
二、C/C++的運行機制
程序要運行起來，必須要經過四個步驟：預處理、編譯、彙編和鏈接。
1.預處理
C/C++語言最常見的預處理就是將所有的“#define”刪除，並且展開所有的宏定義。而預處理其實還包括：處理所有的條件編譯指令，比如“#if”、處理“#include”預編譯指令、刪除所有的註釋、添加行號和文件名標識等。
注意：GCC命令來自於Linux 系統C/C++的GCC編譯器，而Windows 下常用的編譯器是微軟開發的 Visual C++，它被集成在 Visual Studio 中。
上圖是CSDN博主douguailove在他的博客編譯和鏈接的過程中使用Linux系統下的gcc -E命令把hello.c文件預處理成hello.i文件後的對比圖，圖左側爲hello.c文件，圖右側爲hello.i文件。
預處理後的.i被稱爲擴展後的c源碼文件。爲什麼還叫c源碼文件呢？
因爲預處理後，只是宏定義等東西不見了，但是C源碼依然還在，比如main函數，各種自己寫的子函數，依然存在，所以還是被稱爲c源碼文件。打開.i文件後，我們是能夠看的懂的，所以.c文件、.h文件和.i文件都是ascii文件。
2.編譯
2.1編譯詞彙的爭議性
對於C/C++這種編譯性語言，我們平時編譯時，不管是通過IDE圖形界面，還是通過命令行，總感覺編譯一下就完成了，然後就得到了針對某操作系統和某CPU的二進制可執行文件（機器指令的文件）。但是實際上在源碼到可執行文件中間隱藏了四個過程，這四個過程被操作系統默默的處理了。
編譯四個過程：預處理、編譯、彙編、鏈接
四個過程中的“編譯”，特指其中的某個過程，這四個過程合在一起，我們也統稱爲編譯。所以編譯二字到底指的是第二個過程，還是全部過程的統稱，這個就要看說話的“語境”了。其實統稱的編譯，完整的稱法應該叫編譯鏈接，只是簡稱爲編譯而已。
如果這四個過程是一次性編譯完成的，這個四個過程分別會產生相應的文件，只不過中間產生的文件都是過渡性的臨時文件，使用完成後就會被刪除。
2.2編譯的定義
編譯會將源代碼由文本形式轉換成機器語言，編譯過程就是把預處理完的文件進行一系列詞法分析、語法分析、語義分析以及優化後生成相應的彙編代碼文件。
編譯後的.s也是ascii碼文件。因爲彙編也是人能看懂的文字編碼形式，所以.s彙編文件也是ASCII碼文件。
3.彙編
彙編過程調用匯編器AS來完成，是用於將彙編代碼轉換成機器可以執行的指令，每一個彙編語句幾乎都對應一條機器指令。（非底層的程序員不需要考慮）
彙編後的.o文件是純二進制文件。因爲.o中放的是純二進制的機器指令，所以我們打開後看不懂。
ASCII的源碼被彙編爲能被CPU執行的機器指令，.o文件中放的就是機器指令。但是.o文件還無法運行，需要鏈接後才能運行。
4.鏈接
鏈接是將所有的.o文件和庫（動態庫、靜態庫）鏈接在一起，得到可以運行的可執行文件（Windows的.exe文件或Linux的.out文件）等。它的工作就是把一些指令對其他符號地址的引用加以修正。鏈接過程主要包括了地址和空間分配、符號決議和重定向。
最基本的鏈接叫做靜態鏈接，就是將每個模塊的源代碼文件編譯、彙編成目標文件（Linux：.o 文件；Windows：.obj文件），然後將目標文件和庫一起鏈接形成最後的可執行文件（.exe或.out等）。庫其實就是一組目標文件的包，就是一些最常用的代碼變異成目標文件後打包存放。最常見的庫就是運行時庫，它是支持程序運行的基本函數的集合。
5.可執行文件（Windows的.exe文件或Linux的.out文件）
你是否曾疑惑“a.out”這個名字是怎樣確定的？把所有的輸出文件都缺省的使用同一個名字a.out可能會帶來不便，可能會忘了它來自哪一個源文件，對任何文件進行下一次編譯時都有可能覆蓋它。
a.out是“assembler output”（彙編程序輸出）的縮寫形式。這裏有一個問題：它不是彙編程序輸出，而是鏈接器輸出。“彙編程序輸出”這個名字的產生純屬歷史原因。在早期的語言中並不存在鏈接器，程序是這樣創建的：先把所有源文件連接在一起，然後進行彙編，彙編產生的彙編程序輸出保存在a.out中。即使最後有了鏈接器之後，最後一個環節的輸出文件依然沿用了這個命名習慣。
UNIX中的可執行文件是以一種特殊的方式加上標籤，這樣系統就能確認它們的特殊屬性。爲重要的數據定義標籤，用獨特的數字唯一的標識該數據是一種普遍採用的編程技巧。可執行文件用文件的第一個字節來標註，文件以十六進制數7F開頭，緊跟在後面的第二至第四個字節爲“ELF”（Executable and Linking Format）可執行文件和鏈接格式。
參考文獻：
[1]C語言編譯和鏈接詳解（通俗易懂，深入本質）
[2]c語言編譯過程詳解，預處理，編譯，彙編，鏈接(乾貨滿滿）
[3]瞭解“預編譯、編譯、彙編、鏈接”這四個過程對你有很大幫助
[4]編譯和鏈接的過程
[5]理解a.out
[6]預處理、編譯、彙編、鏈接、啓動代碼、相關command