一文讀懂代碼是如何運行的？

你寫的代碼，無論是Python、Java還是C++，本質上都是一份普通的文本文件，電腦CPU根本看不懂代碼。

我們寫的代碼是“高級語言”，比如print(“hello”)，本質是給人看的、符合人類邏輯的指令；但CPU只認一種“語言”——機器語言，也就是由0和1組成的二進制代碼。

所以代碼能跑起來，第一步就是把高級語言翻譯成機器語言，這是最關鍵的一步。這個“翻譯”工作，靠兩種核心工具，編譯器和解釋器，對應不同的編程語言。編譯器或者解釋器它們的作用只有一個：翻譯。它們會把我們寫的高級語言，翻譯成 CPU 能看懂的**“彙編語言”，然後再進一步翻譯成0和1組成的二進制代碼。

本文只說編譯器，像C、C++這類語言會用到它。編譯到運行的工作主要分4步。

第一步：你寫完代碼後，編譯器做的第一件事，不是立刻翻譯，而是先進行預編譯，預編譯階段幹三件核心的事情。

一、頭文件展開。當你寫 #include 的時候，預編譯器並不是“記住你用了它”，而是直接把頭文件裏的內容，原封不動地拷貝進你的代碼裏。從編譯器的視角看，根本不存在什麼“頭文件”，它看到的，只是一份已經被完全展開的巨大源碼文件。

二，宏替換。#define 本質上就是純文本替換。比如你寫：#define MAX 100，預編譯之後，代碼裏所有的 MAX，都會被直接替換成 100。

三，條件編譯。#ifdef、#ifndef、#if 這些語句，會在預編譯階段被直接判斷。條件不滿足的代碼，直接被刪除，根本不會進入後續的編譯流程。

第二步，語法檢查和編譯。語法對不對？類型合不合理？有沒有明顯的錯誤？這一步我們叫：語法分析和語義分析。如果你少寫了分號、變量類型不匹配，編譯器就在這一步直接把你攔下來。檢查通過之後，編譯器纔會真正開始翻譯。這一步結束後，你得到的通常還不是最終程序，而是：目標文件。目標文件裏，已經是接近 CPU 能執行的機器指令了，但還差最後一步。

接着來到第三步，鏈接。鏈接這一步，很多人平時不太注意，但它非常關鍵。因爲你寫的程序，幾乎從來不是“孤立”的。你用到了用了系統庫、用了第三方庫。這些代碼並不在你寫的那個 .c 或 .cpp 文件裏。鏈接要做的事情就是：把你寫的代碼，和所有依賴的庫代碼，拼接到一起。鏈接完成之後，纔會生成一個真正意義上的：可執行程序。比如 Linux 下的 ELF 文件。到這裏，代碼已經不再是代碼了，而是一份 CPU 能理解、操作系統能加載的二進制程序。

接下來是第四步，運行。當你在命令行裏敲下程序名，或者雙擊一個 exe 文件時，操作系統開始登場了。操作系統會做幾件事：一，把程序從磁盤加載到內存。因爲 CPU 只能從內存裏取指令執行，不能直接跑硬盤上的程序。二，給程序分配資源。比如進程 ID、內存空間、文件句柄、棧和堆。三，把 CPU 的執行權交給程序的入口地址。從這一刻開始，CPU 才真正開始一條一條執行你的指令。