Cプログラムはどのように実行される？コンパイルから実行までの流れを解説

この記事では、C言語のプログラムがシステム上でどのように実行されるのかを解説します。これは、いわばCプログラムのコンパイルプロセス全体の流れにあたります。

Cソースコードが実行可能ファイルになるまで

私たちが書いたC言語のソースコードは、そのままではコンピュータに理解できません。実行可能な形式に変換されるまでには、いくつかの段階を経る必要があります。以下の図は、Cのソースコードがどのように実行されるかを示したものです。

上記の図における各ステージについて、順番に詳しく見ていきましょう。

1. Cコード（ソースコード）

これはプログラマが実際に記述したコードです。このコードはまず「プリプロセッサ」の段階へと送られます。

2. プリプロセッサ（前処理）

この段階では、ヘッダファイルなどのプリプロセッサ用ファイルがソースコードに結合されます。たとえば stdio.h や math.h といったヘッダファイルは、ここでCのソースコードに取り込まれ、前処理済みのソースコードが生成されます。「#include」や「#define」などは、これらを制御するプリプロセッサディレクティブと呼ばれます。

3. コンパイラ

前処理済みのソースコードが生成されると、次はコンパイラに渡されます。コンパイラはプログラム全体を解析・翻訳し、アセンブリ言語レベルのコードを出力します。

4. アセンブラ

アセンブラは、コンパイラが出力したアセンブリ言語のコードを受け取り、「オブジェクトコード」へと変換します。オブジェクトコードはマシン語（バイナリ数字の集合）に非常に近い形式のコードです。

5. リンカ

リンカも、コンパイルプロセスにおいて非常に重要な役割を担う部分です。リンカはオブジェクトコードを受け取り、必要なライブラリファイルと結合（リンク）させます。これらのライブラリファイルは私たちが書いたコードの一部ではありませんが、プログラム全体を実行するために不可欠なものです。リンクが完了すると、リンカは実行準備の整った最終的な機械語コードを生成します。

6. ローダ

プログラムは、主記憶装置（メモリ）に読み込まれない限り実行されません。ローダは、機械語コードをRAM上に読み込み、実行できる状態にする役割を果たします。プログラムが実行中の状態になると、それは「プロセス」と呼ばれます。つまり、プロセスとは「実行中のプログラム」のことなのです。

まとめ

Cプログラムの実行は、「ソースコード → プリプロセッサ → コンパイラ → アセンブラ → リンカ → ローダ」という一連の流れで成り立っています。それぞれの段階が正しく機能することで、人間が書いたコードが初めてコンピュータ上で動作するプログラムへと変わるのです。