c++程序的编译过程

一.编译解释

将程序源代码转换成计算机能够运行的机器代码

二.C++程序编译的流程

三.C++编译器种类

四.编译各个步骤详解

预处理Preprocess

这一步由预处理器完成对源程序中的伪指令以#开头的指令和特殊符号进行处理伪指令包括宏定义指令、条件编译指令和头文件中包含的指令。这一步的主要工作包括以下内容

• 将所有的#define删除并将宏定义进行宏展开
• 处理所有条件编译指令如#if、#ifdef、#ifndef、#else、#elif、#endif等
• 处理 #include预编译指令将被包含的头文件内容插入该预编译指令的位置如果是多重包含的话会递归执行
• 处理其他宏指令包括#error、#warning、#line、#pragma
• 处理所有注释C++的//C语言的/**/一般会用一个空格来代替连续的注释
• 添加行号和文件标识以便于编译时编译器产生调试用的行号信息及编译时产生编译错误和警告时可以把行号打印出来
• 保留所有的#pragma编译器指令
• 处理预定义的宏如__DATE__、__FILE__等
• 处理三元符比如会将??=替换为#将??/替换成\等对于键盘不提供#等输入的情况可能会用到三元符可以直接忽略这一条

比如main.cpp中第一行的#include 命令告诉预处理器读取系统头文件iostream.h的内容并把它直接插入到程序文本中结果就得到了另一个cpp程序通常是以.i作为文件扩展名。

编译Compilation

这一步由编译器完成对预处理后的文件进行词法分析、语法分析、语义分析以及优化后生成相应的汇编代码文件。将文本文件main.i翻译成文本文件main.s它包含一个汇编语言的程序。

• 词法分析词法分析是编译过程的第一个阶段这个阶段的任务可以看成是从左到右一个字符一个字符地读入源程序从中识别出一个个单词符号即对构成源程序的字符流进行扫描然后根据构词规则识别单词(也称单词符号或符号)。上述读入源程序的过程和识别符号的任务通过词法分析程序实现词法分析整个过程依据的是语言的词法规则。词法分析程序的输出通常是一个二元组即单词种别和单词自身的值。词法分析程序可以使用lex等工具自动生成。
• 语法分析语法分析是编译过程的一个逻辑阶段此阶段的任务是在词法分析的基础上将单词序列组合成各类语法短语如“程序”“语句”“表达式”等等。语法分析程序判断源程序在结构上是否正确。
• 语义分析语义分析是编译过程的一个逻辑阶段语义是解释控制信息每个部分的意义它规定了需要发出何种控制信息以及完成的动作与做出什么样的响应此阶段的任务是对结构上正确的源程序进行上下文有关性质的审查, 进行类型审查语义分析将审查类型并报告错误。也就是说语义分析结合上下文推导出语句真正的含义。

汇编Assemoly

由汇编器完成将汇编代码main.s转变成机器可执行的二进制代码机器码并生成目标文件main.o。main.o文件是一个二进制文件它的字节编码是机器语言指令而不是字符。如果我们在文本编辑器中打开main.o文件看到的将是一堆乱码。之所以要经过预处理、编译、汇编这么一系列步骤才生成目标文件是因为在每一阶段都有相应的优化技术只有在每个阶段分别优化并生成最为高效的机器指令才能达到最大的优化效果如果一步到位直接从源程序生成目标文件可能就会失去很多代码优化的机会。

链接Linking

由链接器完成主要解决多个文件之间符号引用的问题即symbol resolution。编译时编译器只对单个文件进行处理如果该文件里面需要引用到其他文件中的符号比如全局变量或者调用了某个库函数中的函数那么这时候在这个文件中该符号的地址是没法确定的只能由链接器把所有的目标文件链接到一起才能确定最终的地址并生成最终的可执行文件。无论采用静态链接还是动态链接都会生成一个可以在计算机上执行的可执行程序。main程序调用了cout函数它是每个C++编译器都会提供的标准C++库中的一个函数。cout函数存在于一个名为iostream.o的单独的预编译好了的目标文件中而这个文件必须以某种方式合并到我们的main.o程序中。链接器(ld)就负责处理这种合并。结果就得到main文件它是一个可执行目标文件(或者简称为可执行文件)可以被加载到内存中由系统执行。

五.常用的构建工具

在小型项目中我们可以直接通过编译器进行程序的编译与连接但是在大型的项目中很不实用因为我们很难跟踪什么需要被编译、按照什么顺序编译以及项目中存在哪些依赖。使用自动化构建系统会使构建过程更为连续。构建系统(build system)是用来从源代码生成用户可以使用的目标(targets)的自动化工具。目标可以包括库、可执行文件、或者生成的脚本等等

• makefilelinux下较老的构建工具
• CMake 不同平台的构建工具
• MSbuild vs中的c++开发
• Gradle 安卓移动端