漫談C++編譯的9個階段
在C++程序中進(jìn)行開發(fā)時,首先遇到的就是C++編譯的問題,其通過編譯器進(jìn)行編譯,編譯器最后通過后綴名來辨識是否編譯該文件,因此“.h”的頭文件一概不理會,這個就是C++中的編譯工作。
例如ifdef/ifndef就是從一個文件中有選擇性的挑出一些符合條件的代碼來交給下一步的編譯階段來處理。這里面最復(fù)雜的莫過于include了,其實也很簡單,就是相當(dāng)于把那個對應(yīng)的文件里面的內(nèi)容一下子替換到這條include***語句的地方來。
其次是編譯,這一步很重要,C++編譯是以一個個獨立的文件作為單元的,一個文件就會編譯出一個目標(biāo)文件。(這里插入一點關(guān)于編譯的文件的說明,編譯器通過后綴名來辨識是否編譯該文件,因此“.h”的頭文件一概不理會。
而“.cpp”的源文件一律都要被編譯,我實驗過把.h文件的后綴名改為.cpp,然后在include的地方相應(yīng)的改為***.cpp,這樣一來,編譯器就會編譯許多不必要的頭文件,只不過頭文件里我們通常只放置聲明而不是定義。
因此最后鏈接生成的可執(zhí)行文件的大小是不會改變的)清楚C++編譯是以一個個單獨的文件為單元的,這一點很重要,因此編譯只負(fù)責(zé)本單元的那些事,而對外部的事情一概不理會,在這一步里,我們可以調(diào)用一個函數(shù)而不必給出這個函數(shù)的定義。#t#
但是要在調(diào)用前得到這個函數(shù)的聲明(其實這就是include的本質(zhì),不就是為了給你提前提供個聲明而好讓你使用嗎?至于那個函數(shù)到底是如何實現(xiàn)的,需要在鏈接這一步里去找函數(shù)的入口地址。
因此提供聲明的方式可以是用include把放在別的文件中的聲明拿過來,也可以是在調(diào)用之前自己寫一句void max(int,int);都行。),編譯階段剩下的事情就是分析語法的正確性之類的工作了。好啦,總結(jié)一下,可以粗略的認(rèn)為C++編譯階段分兩步:第一步,檢驗函數(shù)或者變量是否存在它們的聲明;第二步,檢查語句是否符合C++語法。
最后一步是鏈接,它會把所有編譯好的單元全部鏈接為一個整體文件,其實這一步可以比作一個“連線”的過程,比如A文件用了B文件中的函數(shù),那么鏈接的這一步會建立起這個關(guān)聯(lián)。
鏈接時最重要的我認(rèn)為是檢查全局空間里面是不是有重復(fù)定義或者缺失定義。這也就解釋了為什么我們一般不在頭文件中出現(xiàn)定義,因為頭文件有可能被釋放到多個源文件中,每個源文件都會單獨編譯,鏈接時就會發(fā)現(xiàn)全局空間中有多個定義了。
標(biāo)準(zhǔn)C和C++編譯過程定義為9個階段(Phases of Translation):
1.字符映射(Character Mapping)文件中的物理源字符被映射到源字符集中,其中包括三字符運算符的替換、控制字符(行尾的回車換行)的替換。許多非美式鍵盤不支持基本源字符集中的一些字符,文件中可用三字符來代替這些基本源字符,以??為前導(dǎo)。
但如果所用鍵盤是美式鍵盤,有些編譯器可能不對三字符進(jìn)行查找和替換,需要增加-trigraphs編譯參數(shù)。在C++程序中,任何不在基本源字符集中的字符都被它的通用字符名替換。
2.行合并(Line Splicing)以反斜杠\結(jié)束的行和它接下來的行合并。
3.標(biāo)記化(Tokenization)每一條注釋被一個單獨的空字符所替換。C++雙字符運算符被識別為標(biāo)記(為了開發(fā)可讀性更強的程序,C++為非ASCII碼開發(fā)者定義了一套雙字符運算符集和新的保留字集)。源代碼被分析成預(yù)處理標(biāo)記。
4.預(yù)處理(Preprocessing)調(diào)用預(yù)處理指令并擴展宏。使用#include指令包含的文件,重復(fù)步驟1到4。上述四個階段統(tǒng)稱為預(yù)處理階段。
5.字符集映射(Character-set Mapping)源字符集成員、轉(zhuǎn)義序列被轉(zhuǎn)換成等價的執(zhí)行字符集成員。例如:'\a'在ASCII環(huán)境下會被轉(zhuǎn)換成值為一個字節(jié),值為7。
6.字符串連接(String Concatenation)相鄰的字符串被連接。例如:"""hahaha""huohuohuo"將成為"hahahahuohuohuo"。
7.翻譯(Translation)進(jìn)行語法和語義分析C++編譯,并翻譯成目標(biāo)代碼。
8.處理模板處理模板實例。
9.連接(Linkage)解決外部引用的問題,準(zhǔn)備好程序映像以便執(zhí)行。


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