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c++编译过程初识

article 2025/2/28 11:54:32

编译过程

预处理：主要是执行一些预处理指令，主要是#开头的代码，如#include 的头文件、#define 定义的宏常量、#ifdef #ifndef #endif等条件编译的代码，具体包括查找头文件、进行宏替换、根据条件编译等操作。

g++ -E example.cpp -o example.i

编译：进行词法分析、语法分析、语义分析、代码优化等，将.i文件转换为汇编代码文件，即.s文件。

g++ -S example.i -o example.s

汇编：这一阶段不同平台（Windows、Linux）的汇编器将汇编代码翻译为二进制的机器码，可被计算机识别并执行。windows上是.obj文件，linux上是.o文件。

g++ -c example.s -o example.o

链接：将.o或.obj文件和所需的库文件组合生成最终的可执行文件。

静态链接：程序编译时，将所需的库文件直接嵌入到最终的可执行文件中，使程序在运行时不再依赖外部库文件，启动速度快，但占内存，且库文件更新需重新编译。

动态链接：程序运行时，将程序所需的库文件加载到内存中，供程序调用。节省磁盘空间，且只需要更新库文件，但外部依赖可能导致较多的环境问题。

一个C++程序可以同时包含动态链接和静态链接的部分。

g++ example.o -o exec # 或者exec.exe文件

静态链接库

windows上.lib文件，linux上.a文件。

// test.h
#include<iostream>
using namespace std;

int cacl(int a, int b);

// test.cpp
#include "test.h"

int cacl(int a, int b){
    cout << "这是库文件内容" << endl;
    return a>b?a:b;
}

// main.cpp
#include "test.h"

int main(){
    int a = cacl(4, 5);
    cout << "这是main函数内容" << "  最大值是" << a << endl;
}

静态库生成：
    1、g++ -c test.cpp test.o  // 生成.o文件
    2、ar rsc libxxx.a *.o   // ar打包工具，rsc打包参数，生成.a文件
    3、将.a文件和头文件发给客户使用即可
静态库使用
    1、.a文件、头文件、测试程序（main.cpp)放一起
    2、g++ main.cpp -o main -L./ -lxxx    
        // main是生成的可执行程序。 -L指定库文件路径， -l指定库文件名称（掐头去尾中间的名称）

动态链接库

windows上.dll文件, linux上.so文件。windows上用不同编译工具生成的动态库文件会有不同。动态库有执行权限，静态库没有执行权限；

在C++中加载动态链接库主要有两种方式：隐式加载（静态加载）和显式加载（动态加载）。上述main函数中的直接使用的方式就属于静态加载。动态加载需要用到LoadLibrary函数。

test.h test.cpp main.cpp内容同上，生成动态链接库是直接使用gcc命令并且添加-fPIC(-fpic)以及-shared参数，具体如下：

动态库生成
    g++ -c  -fpic test.cpp -o test.o  // -fpic生成对位置没有要求的.o文件
    g++ -shared test.o -o libcacl.so  // -shared生成动态库
    发布动态库和头文件：提供 xxx.h和 xxx.so
动态库使用
    g++ main.cpp -L ./ -l cacl -o app  //编译测试程序

当生成可执行程序后，通过./app执行，会报错：./app: error while loading shared libraries: libcacl.so: cannot open shared object file: No such file or directory，这是因为找不到共享库文件，还需进行以下设置：

方案1、修改LD_LIBRARY_PATH环境变量，将动态库地址添加到变量里
vi ~/.bashrc，然后source生效
方案2、修改/etc/ld.so.conf文件
sudo /etc/ld.so.conf --添加动态库路径到此文件中
sudo ldconfig --更新/etc/ld.so.conf中的数据到/etc/ld.so.cache中
方案3、拷贝或创建软链接到/lib或/urs/lib目录
库拷贝
sudo cp libcalc.so /usr/lib
创建软链接（推荐这种方式）
sudo ln -s libcalc.so /usr/lib/libcalc.so
方案4、可执行文件内部的DT_RPATH段 --无法操作这种方案

通过以上几种方案后，无论我们把app移动到任何目录下，都可以./app执行啦～～
启动可执行程序前，可以通过一个命令检测程序能不能找到需要的动态库，这个命令是ldd
例如： ldd app，如果没有找到就会显示not found

makefile初识

以上编译时都需要执行g++命令，如果项目比较大的话，这种方式是比较麻烦的，这时候就需要makefile文件了，它是定义一系列的编译规则的文件，一旦定义好，只需要执行一个make命令，整个工程完全自动编译。

一个最简单的示例：

/*target: dependencies
    command1
    command2
    ...
*/


test:
	g++ test.cpp main.cpp -o test

.PHONY:clean
clean:
	rm test

test就是目标文件，执行make命令时会执行“g++ test.cpp main.cpp -o test“；

.PHONY是伪目标，为了防止有clean的同名文件。clean就是伪目标，执行make clean时会执行“rm test”的命令。

下面看一个优化后的makefile文件：

# 自定义变量
target = test
src = $(wildcard *.cpp)  # wildcard函数，查找所有的cpp文件

$(target):
	$(CXX) $(src) -o $@   # CXX是预定义变量，$@是自动变量

.PHONY:clean
clean:
	-rm test

makefile提供了预定义变量、自动变量，还支持自定义变量，附上两张图片，忘了之前在哪看到的了，如有侵权删。需要注意，自动变量只能在command中使用。

除了wildcard函数外，还有patsubst函数：（这两个函数比较常用）

patsubst ： $(patsubst %.cpp, %.o $(src))
// 将src中的.cpp后缀文件改为.o后缀，这个只是makefile里的替换，并不会真的改磁盘里的文件。
// .o文件是汇编后的文件，是编译时的依赖，只是上面我们没有指定依赖，所以没用到

make执行时，会进行时间戳比较，目标文件和依赖的时间戳比较，若是目标文件比依赖靠后，那make执行会提示“已是最新”。

CMakeLists初识

CMakeLists.txt文件用来描述项目的结构和依赖关系，然后生成适合不同构建系统的项目文件，如Makefile、Visual Studio项目文件、Xcode项目文件等。所以，如果我们不想写makefile文件，就可通过CMakeLists文件来生成。

.
├── build
├── CMakeLists.txt
├── include
│ └── test.h
├── main.cpp
└── src
└── test.cpp

下面我们通过编写CMakeLists文件，来编译代码

# cmake最低版本号
cmake_minimum_required(VERSION 3.0)
# 设置项目名称
project(cacl)

# 添加头文件路径
include_directories(./include)
# 添加可执行目标
add_executable(main main.cpp)

# 生成库文件
add_library(test SHARED src/test.cpp)
# 添加动态链接库
target_link_libraries(main test)

然后cd build目录，执行cmake ..，就会生成makefile文件，然后再执行make命令，就能得到可执行程序。以上编译过程实现了将test.cpp内容编译为so共享库，然后链接到main执行程序。