C++编译过程

这两天在写一个C++的小项目，得自己手写编译过程。正好总结一下网上的资料，留作以后查用。

编译流程

总体来说，编译的过程比较复杂，一般可以分为以下几个方面：

预处理(Preprocessing)

在实际编译工作开始之前，预处理器指令指示编译器对源码进行临时扩充，以为之后的步骤做好准备。

在 C++ 中，预处理器指令以 # 号开头，比如 #include、#define 和 #if 等。在这一阶段，编译器逐个处理 C++ 源码文件。对于 #define 指令，编译器将源码中的宏替换成宏定义中的内容；对于 #if、#ifdef 和 #ifndef 指令，编译器将有选择地跳过或选中部分源代码；而对于 #include 指令，编译器将把对应的库的源码插入到当前源代码中——这通常是一些通用的声明。被 #include 指令引入的头文件（ .h ）往往会包含大量的代码，你引入的越多，最后生成的预编译文件就越大。总的来说，预编译过的文件会比原来的 C++ 源码更大一些。

通过上面这些替换和插入操作，预处理器产生的是被合为一体的输出文件。预处理器还会在代码中插入记号，使编译器能分辨出每一行来自哪个文件，以便在调试过程中能生成对应的错误信息。在开发调试你的 C++ 程序时，这些错误信息能给你很多帮助。

编译和汇编(Compilation & assembly)

在这一阶段，编译器通过两个连续的步骤，将预处理器产生的代码编译成目标文件（object file）。

首先，编译器将去除了预编处理器指令的纯 C++ 代码编译成底层汇编代码。在这一步中，编译器会对代码进行检查优化，指出语法错误、重载决议错误及其他各种编译错误。在 C++ 中，如果一个对象只声明，不进行定义，编译器仍然可以从源代码产生目标文件——因为这个对象也可以指向某些当前代码中还未定义的标识符。

其次，汇编器将上一步生成的汇编代码逐行转换成字节码（也就是机器码）。实际上，如果你希望把代码的不同部分分开编译的话，编译过程在这一步之后就可以停止了。这一步生成的目标文件可以被放在被称为静态库的包中，以备后续使用——也就是说，如果你只修改了一个文件，你并不需要重新编译整个项目的源代码。

链接(Linking)

链接器利用编译器产生的目标文件，生成最终结果。

在这一阶段，编译器将把上一阶段中编译器产生的各种目标文件链接起来，将未定义标识符的引用全部替换成它们对应的正确地址。没有把目标文件链接起来，就无法生成能够正常工作的程序——就像一页没有页码的目录一样，没什么用处。完成链接工作之后，链接器根据编译目的不同，把链接的结果生成为一个动态链接库，或是一个可执行文件。

链接的过程也会抛出各种异常，通常是重复定义或者缺失定义等错误。不只是没进行定义的情况，如果你忘记将对某个库或是目标文件的引用导入进来，让链接器能找到定义的话，也会发生这类错误。重复定义则刚好相反，当有两个库或目标文件中含有对同一个标识符的定义时，就可能出现重复定义错误。

一个简单的例子

典型的helloworld代码，保存在helloworld.cpp中：

#include<iostream>
int main(void)
{
    std::cout<<"hello world!"<<std::endl;
    return 0;
}

1. -E：预编译

gcc -E helloworld.cpp -o helloworld.i

将带#的语句重新展开到制定文件中，比如#define， #include "*.h"。不进行编译。

2. -S：编译

gcc -S helloworld.cpp -o helloworld.s

将.o文件编译成编译成汇编文件（.s文件）

3. 汇编

gcc -c helloworld.cpp -o helloworld.o

相比-S命令，多了assemble，生成目标文件（.o文件）

4. 链接

gcc helloworld.cpp -o helloworld

这条指令最为常用，相比-c指令，多了”链接“，生成了可执行文件。

gcc/g++指令汇总