【大厂面试重点（程序环境和预处理以及C语言不能函数重载但C++却可以的原理分析）】

大家好啊✨
先简单介绍一下自己💎
本人目前大二在读，专业是计算机科学与技术。
写博客的目的是督促自己记好每一章节的笔记，同时也希望结交更多同仁，大家互相监督，一起进步！☀️

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👀在这篇文章中，将对程序环境、代码文件转换为可执行程序的过程、C++的函数重载以及它们之间的关系进行讲解。这可是大厂面试重点哦✨
👀我的宗旨就是将所有知识点一网打尽🔥🔥🔥
👀内容有点多，大家一定要耐心看完。切记，学习如逆水行舟，不进则退.在学习的路上一定要坚持！坚持！再坚持！
如果大家看完觉得有所收获，不妨关注点赞收藏方便以后回顾，也当做给博主的小小鼓励了~❤️

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一、🔭程序的翻译环境和执行环境

在ANSI C的任何一种实现中，存在两个不同的环境。

第1种是翻译环境，在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令。
第2种是执行环境，它用于实际执行代码。

本篇文章将重点对翻译环境中的各种细节进行讲解。

二、🔭详解编译+链接

2.1💻翻译环境

我们知道，在一个工程里可能包含多个源文件，那计算机是怎么将这些文件整合起来最终形成一个可执行程序的呢❓
其实每一个源文件都会单独经过编译器的处理形成一个目标文件，然后这些目标文件会和链接库一起经过链接器的处理，最终形成一个可执行程序。

那么在编译器和链接器里到底进行了什么操作呢❓
下面来一一解释
首先我们先写一个简单的源文件👇

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include 

int main()
{
	int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	printf("\n");

	return 0;
}
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然后让这段代码执行起来，之后就会在代码路径下看到这么一个文件：

其实这个以obj为后缀名的文件就是上面所说的目标文件。
同样的，如果工程中含有多个源文件，则编译器处理之后，就会生成多个对应的.obj文件。
需要注意的是，在不同的编译器下，生成的目标文件的后缀名会不同，例如在Linux gcc编译器下会生成.o为后缀的目标文件（这篇文章中也会进行演示）

而所谓的可执行程序也就是以.exe为后缀的文件。

这里再补充一个链接库的作用：在我们写程序的时候，往往会包含一些头文件，而这些头文件所依赖的就是链接库，也就是说，有了链接库的支持，我们才能正常地使用头文件中的各种函数。

再补充一点，所谓的编译器和链接器就是分别为cl.exe和link.exe的文件（可执行程序），如下：👇

2.2💻组成编译的几个阶段

下面对源文件转换成可执行程序的过程进行分解：

源文件经过编译和链接生成可执行程序，而编译又分为预处理、编译和汇编。

由于在VS环境下，一旦我们开始执行程序，就会直接生成最终的可执行程序，所有我们没有办法观察到各个阶段到底发生了什么，因此在这里我们采用Linux来进行演示。
先给出一个在Linux环境下编写的一个C程序，代码如下：

1. 预处理 选项 gcc -E test.c -o test.i
   预处理完成之后就停下来，预处理之后产生的结果都放在test.i文件中。
2. 编译 选项 gcc -S test.c
   编译完成之后就停下来，结果保存在test.s中。
3. 汇编 gcc -c test.c
   汇编完成之后就停下来，结果保存在test.o中。

先执行第一步，生成一个test.i文件：

然后打开test.i：

可以看到，test.i文件中有长达几百行的代码，而在代码的最后是test.c里的内容。唯一不同的是，test.i文件中并没有出现"#include "，所以我们不难得出结论：test.i文件前面几百行代码其实就是头文件中的内容。----故预处理过程的作用之一就是包含头（展开）文件

下面我们对test.c中的内容稍加修改：

在test.c文件中添加了一个宏、一个注释，并且使用了这个宏。
接下来，重新生成test.i文件：

根据上面出现的不同，可以得出，文件预处理阶段还会进行#define定义的值得替换，删掉定义的宏，并且删除注释。
接下来执行第二个命令，进入编译过程：

可以看到，执行-S选项后，在生成的test.s文件中出现了一堆汇编代码。
而产生这些汇编代码的过程又包括：语法分析，词法分析，语义分析和符号汇总。这里我们着重讲解符号汇总❗️❗️❗️
符号汇总主要就是将程序中出现的函数汇总在一起，最终生成一个.s文件，而这些.s文件又会在下一步的汇编过程中生成.o文件，如下：

而这里的test.o文件中存放的是一些我们看不懂的二进制符号，它其实是由汇编指令转化而来的。
而与此同时，前面已经进行过的符号汇总又会形成一个符号表，举个例子：

上面的代码在编译阶段会分别经过符号汇总，然后再汇编阶段形成自己的符号表：

下面就要进入链接阶段了，在这一阶段，主要进行了合并段表以及符号表的合并和重定位。这里重点讲符号表的合并和重定位。

顾名思义，符号表的合并就是将汇编阶段所产生的所有符号表合并为一个，而重定位就是把所有相同的符号合并为一个，并使用一个地址。例如上述add.o和test.o中的Add就将被合并为一个。而又因为test.c中的Add只是一个声明，并没有什么价值，所以，合并后的Add所使用的地址就是地址一。

总结一下上面四个过程：

经过上面的四个阶段，就生成了可执行程序。

2.3💻运行环境

程序执行的过程：

1. 程序必须载入内存中。在有操作系统的环境中：一般这个由操作系统完成。在独立的环境中，程序
   的载入必须由手工安排，也可能是通过可执行代码置入只读内存来完成。
2. 程序的执行便开始。接着便调用main函数。
3. 开始执行程序代码。这个时候程序将使用一个运行时堆栈（stack），存储函数的局部变量和返回
   地址。程序同时也可以使用静态（static）内存，存储于静态内存中的变量在程序的整个执行过程一直保留他们的值。
4. 终止程序。正常终止main函数；也有可能是意外终止。

三、🔭解释为什么C++可以实现函数重载，C语言却不可以

3.1💻什么是函数重载

自然语言中，一个词可以有多重含义，人们可以通过上下文来判断该词真实的含义，即该词被重载了。
比如：以前有一个笑话，国有两个体育项目大家根本不用看，也不用担心。一个是乒乓球，一个是男足。前
者是“谁也赢不了！”，后者是“谁也赢不了！”

函数重载:是函数的一种特殊情况，C++允许在同一作用域中声明几个功能类似的同名函数，这些同名函数的形参列表(参数个数 或 类型 或 顺序)必须不同，常用来处理实现功能类似数据类型不同的问题

下面的几个函数构成重载

int Add(int left, int right) 
{
	return left+right;
}
double Add(double left, double right)
{
	 return left+right; 
}
long Add(long left, long right)
{
	 return left+right; 
}
int main()
{
	 Add(10, 20);
	 Add(10.0, 20.0);
	 Add(10L, 20L);
	 
 	return 0;
}
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但这两个并不构成重载：

short Add(short left, short right) 
{
 	return left+right; 
}
int Add(short left, short right) 
{
 	return left+right;
}
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3.2💻C++和C语言的函数名修饰规则

根据上文，我们可以知道编译过程中要进行符号汇总，链接过程中要进行符号表的合并，接下来分别看一下Linux下gcc和g++中的函数名修饰规则：
C语言代码如下：

执行-c选项结果如下：

很显然，C语言并不能出现函数名相同的函数。
具体原因通过汇编代码了解一下：
在这之前要重新写一个.c文件：

执行-S选项产生的汇编代码如下：

可以看到gcc对C语言处理得到的汇编中，函数名最后生成的（修饰过的）名字就是他们本身，所以当出现相同名字的函数时，编译器无法区分，故而报错。
下面再来看一下C++中的情况：
代码如下：

执行-S选项后结果如下：

可以看到，两个相同名字的函数经过修饰后得到的函数名并不相同，这里以第一个为例解释命名规则：

_Z3Addii
_Z是名字前面固定不变的前缀
3代表函数名的字符长度（Add为3个字符）
数字后面紧跟着的就是函数名字Add
最后的两个i是两个参数类型的简写

所以只要C++中的函数符合函数重载的要求，就不会报错。
但因为函数名修饰规则不同，C语言中的修饰规则过于单一简单，故不能区别函数名相同的函数，也就不能构成函数重载。

四、🔭总结

👀本篇博客主要介绍了程序环境和预处理各个过程中进行的操作，以及C语言和C++中函数名修饰规则，还进行了C++可以实现函数重载的原理分析。这些都是大厂面试的重点！
👀当然这些过程并没有进行最底层的分析，因为最底层原理内容远比想象的更多，又想进一步了解的小伙伴可以看一下《程序员的自我修养》这本书，读完一定受益匪浅。但如果面试室被问到，只要把这篇文章中的内容讲出来就已经能得到面试官的认可了！
👀不得不说，写这么一篇博客还是挺累的，朋友们看完如果感觉有收获的话，就点点赞和收藏给博主一点小鼓励吧！💖
👀 博主也在学习中，如有不严谨之处，希望各位不吝指出，我们一起加油，一起进步！