実行 (コンピュータ)

ソフトウェアにおけるプログラムの実行とは

ソフトウェア工学において、プログラムの実行とは、コンピュータまたは仮想マシンが、プログラムの命令を一つずつ解釈し、処理を実行するプロセスのことです。プログラムは、特定の問題を解決するための命令の集合体であり、それぞれの命令が具体的なアクションをコンピュータに指示します。これらの命令が実行されることで、プログラムが意図した通りの結果が得られます。

実行環境の重要性

プログラムの実行環境は、その動作に大きな影響を与えます。プログラムは通常、オペレーティングシステムやミドルウェアなどのサポート環境の上で動作します。これらの環境は、プログラムがハードウェアを直接操作する必要がないように、抽象的なサービスを提供します。例えば、ファイルシステムへのアクセスやネットワーク通信などが、その例です。プログラムは、実行時に利用可能なリソースに関する暗黙的または明示的な前提条件を持っており、これらの条件が満たされない場合、正常に動作しないことがあります。

プログラム実行の手順

プログラムを実行する前に、まずソースコードを作成し、それをコンパイルする必要があります。コンパイルとは、人間が理解しやすい高水準言語で記述されたソースコードを、コンピュータが直接実行できる低水準言語（機械語）に変換するプロセスです。コンパイルされたコードは、リンカによって必要なライブラリと結合され、実行可能ファイルとなります。その後、オペレーティングシステムがこの実行可能ファイルをメモリにロードし、プログラムの実行を開始します。このプロセスは、オペレーティングシステムのアプリケーションバイナリインターフェイスによって異なりますが、一般的には以下の手順で進みます。

1. ソースコードの作成: プログラマがテキストエディタなどを使用して、プログラムのロジックを記述します。
2. コンパイル: コンパイラがソースコードを機械語などの低レベル言語に変換します。
3. リンク: リンカがコンパイルされたオブジェクトコードを結合し、実行可能ファイルを生成します。
4. ロード: オペレーティングシステムが実行可能ファイルをメモリにロードします。
5. 実行: オペレーティングシステムがプログラムのエントリポイントに制御を移し、プログラムの実行を開始します。

プログラムは、実行が開始されると、定められた手順に従って処理を進め、最終的には正常に終了するか、エラーが発生してクラッシュします。

インタプリタとコンパイラの違い

プログラムを実行する方法として、インタプリタとコンパイラの二つのアプローチがあります。

インタプリタ: インタプリタは、プログラムの命令を逐次解釈し、実行時に直接実行します。インタプリタは、ソースコードを機械語に変換せずに、実行時に解釈しながら実行するため、プログラムの実行速度はコンパイラに比べて遅くなる傾向があります。しかし、開発サイクルは短く、インタラクティブな開発やデバッグがしやすいという利点があります。
コンパイラ: コンパイラは、プログラムのソースコードを一度に機械語に変換します。コンパイルされたコードは、何度でも高速に実行できます。コンパイラは、開発に時間がかかる場合がありますが、最終的なプログラムの実行速度は速くなります。

コンパイラは、多くの場合、オペレーティングシステムが最終的な実行形式を生成する直前の抽象的な結果を生成します。したがって、プログラムの実行開始は、コンパイラによって生成されたオブジェクトコードが最終的な実行可能形式に変換されることによっても発生します。

関連用語

実行可能ファイル: コンパイルとリンクを経て生成される、コンピュータ上で直接実行可能な形式のファイル。
ランタイムシステム: プログラムが実行される際に必要な環境を提供するシステム。
実行時プログラムフェーズ: プログラムが実行されている期間のこと。
プログラムカウンタ: 実行中のプログラムの次の命令のアドレスを保持するレジスタ。

プログラムの実行は、ソフトウェアが意図した動作を実現するための基本的なプロセスです。このプロセスを理解することは、効率的なソフトウェア開発と問題解決に不可欠です。

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