【转载】C++编译过程

C++编译过程

C++ 编译过程
在介绍编译器之前，先简单地说一下 C++ 的编译过程，以便理解编译器的工作。
编译（compiling）并不意味着只创建仅仅一个可执行文件。创建一个可执行文件是一个多级过程，其中最重要的过程是预处理（preprocessing），编译（compliation）和链接（linking）。从源代码文件到一个可执行文件的整个过程，最好的说法是 build（中文翻译的话，有叫生成，有叫编译链接，也有叫构建）。compiling 仅仅是 build 过程的一部分，但你经常会碰到许多人把 compile 指代整个过程。通常情况下，你不需要为这几个过程运行单独的命令，编译器自己会调用，如预处理器。

2.1 预处理
build 过程的第一步就是编译器运行 C 预处理器，目的是对代码文件进行文本上的处理。它会处理头文件包含指令（#include），条件编译指令（#ifdef……#endif）和宏（#define），这些指令叫做预处理指令，都以井字符 # 开头。编译器本身是绝对看不到这些预处理指令的。
比如：

#include <iostream>
这句代码会告诉预处理指令，要把 iostream 的文件内容抓去到当前文件，你每包含一个头文件，它就会把这个头文件的内容粘贴到这个文件中，然后把 #include 指令移除。

#define MY_NAME "Alex"
宏就是一个被其它内容（可能比较复杂）替换掉的字符串内容，此时预处理器会把下面的代码：

cout << "Hello" << MY_NAME << endl;
展开成：

cout << "Hello" << "Alex" << endl;
由于预处理器在编译器之前处理代码，它也可以用来移除代码——有时，你会要在代码里执行某些测试代码。你可以告诉预处理器，如果定义了某个宏，则包含某些代码。然后，如果你想执行这个代码，就定义这个宏，否则就移除掉这个宏的定义。

#include <iostream>
#define DEBUG 

using namespace std; 

int main() {
int x;
int y;
cout << "Enter value for x: ";
cin >> x;
cout << "Enter value for y: ";
cin >> y;
x *= y; 

#ifdef DEBUG
cout << "x: " << x << '\n' << "y: "<< y;
#endif
}

如果你不想执行变量的打印，那么只需简单注释掉 #define DEBUG 就行。
同样地，你也可以用 #ifndef 来改变条件——如果没有定义……这个方法通常用在引入多个头文件的时候。

2.2 编译
编译意味着把一个源文件（.cpp）转变成一个对象文件（object，.o 或 .obj）。
一个对象文件会把你程序里的每一个函数，封装成一个计算机处理器能理解的形式——机器指令（machine language instructions）。每一个源文件都是单独编译过的，即对象文件包含的机器代码都是编译过的源代码。比如，你有三个源文件，经过编译，生成了三个对象文件，每一个对象文件都包含了各自对应的机器代码。
但你还不能运行它们，这时候，就需要链接器了。

2.3 链接
链接（Linking），是把一堆对象文件和库（有时也可能仅仅是一个对象文件，但也需要链接）创建成一个单独的可执行文件（比如 .exe 或 .dll）。
链接器通过一种适当的格式创建一个可执行的文件，并传递每个独立的对象文件内容到一个可执行的结果。链接器也处理含有对象文件源代码之外的其它函数的引用，比如 C++ 标准库里的函数。当你调用了一个 C++ 标准库的函数，如 cout << “Hi”，你就在使用一个自己代码中没有定义的函数，它被定义在一个相关的对象文件中，但这是由编译器提供的，并不属于你。在编译时，编译器知道这个函数是有效的，因为你引出了 iostream 头文件，但由于这个函数不是 cpp 文件的一部分，编译器就会在调用树（call tree）留下一个存根（stub），链接器会遍历对象文件，针对每一个存根，它会找到正确的函数地址，然后从已链接过的其它对象文件中，用正确的地址替换掉对应的存根。
这个过程有时也叫做修正（fixup）。当你把你的程序分离成多个源文件时，你就会利用链接器来修正所有在源文件中调用过的函数。如果链接器找不到这个函数的位置，它就会生成一个 undefined function error，即便代码被编译器通过了，也不意味着代码是正确的。链接器是首先以全局的视角来探测这种错误的。