编译系统基础

工具链

• 一个典型的工具链是:链接器-编译器(汇编器一般不接触)-预处理器-文本编辑器-构建系统

  • 调试工具及profile工具通常作为独立的部分出现.

• 构建系统,或者称为工程管理器,对于开发意义重大,是工具链中重要的一环,其意义在于组织文件,管理源代码,明确目标输出,组织编译/链接的顺序和关系.

  • 常见的构建系统有,VS的nmake,QT的qmake,跨平台的CMAKE(使用makelist.txt),unix平台的make(使用makefile).其中CMAKE是目前事实上的标准构建系统,bazel也随着google项目的扩张越来越流行
  • VS和QT这样的IDE对自己的构建系统更加友好,往往可以按GUI的形式设置构建参数,CMAKE等则都需要开发者手动写构建文件.

• 使用#ifndef 或者#pragma once可以有效的避免重复include,一个正常的头文件都应该包含include guard.

• 一个典型的编译模型是: 每个源文件都是一个Module,编译完成后将输出对应的obj文件,链接器负责将这些obj合并成一个最终的obj.

  • 注意,各个Module的编译是彼此独立的,例如#ifndef就是各个Module单独判定的,它只能保证Module内只包含一份代码,不同的Module完全可以包含相同的定义.

• 重定义是一个同时涉及编译和链接的问题,它相当复杂,在编译阶段的重定义会直接报错,在链接阶段,多个Module中的重复定义则可以按照一定的规则进行处理.

• 在不够熟悉链接器的规则以前,为了避免#include引起的重定义,在头文件内的编程习惯应当如下:

  • 只进行函数声明
  • 只进行全局变量的extern声明
  • 只进行类声明
    • 成员函数可以进行inline形式的定义
  • 类模板的偏特化.(函数模板的特化一定是全特化,只应该定义在cpp文件中)
  • 模板的默认实现.
  • 各种被内联的函数(inline,constexpr等).
  • 枚举.
  • 常量相关的#define和const定义可以出现在头文件中(const默认是文件私有的,所以不会引起重定义)
    • 在一些特殊的场景,可能必须要用extern const int a;这样的语法

• extern "C"仅仅指明了链接规范,使用时一定要加{},避免一些隐晦的错误.

  • extern "C"{int a};是定义,而extern "C" int a;是声明,这一点区别很奇怪
  • extern "C"定义的函数还可能影响函数指针的类型,例如extern "C" void (*p1)();与void (*p2)();,这两个指针可能指向的是两种不同的函数
    • std::function和lambda等C++专有特性所返回的指针一定是C++型链接的,不可能是extern "C"风格的指针.

使用动态库和静态库

• 从初学者的角度看: 大部分的使用场景中,静态库和动态库是没有区别的.

预处理器

预处理器是一个独立于编译器的程序,它是一个纯文本的处理器,负责在编译前对所有的待编译文件做文本批处理.源代码中可以使用宏来指导预处理器进行操作.

宏

• 最常用的#include "xx.h"宏,指示预处理器查找"xx.h"文件,并将该文件的内容插入到当前位置
• #define宏可以用于定义宏函数和常量
  • 宏函数实质就是将"实参文本"替换到后面的定义语句中.
  • 宏函数不支持重载,不支持递归.
  • ##可以将实参文本拼接,例如#define FUN(x,y) x##y展开后就是xy
  • #可以为实参文本加"",例如#define CODE_RAW(str) #str展开后就是"str"
• 大部分编译器都是针对特定平台的,编译器会通过预定义宏给出很多平台信息.
  • 指示目标编译平台,是否支持多线程编译,自然字节长度,等等
  • 指示文件名,函数名等信息.