C++编译过程

C++编译过程

• 源文件

#include <iostream>

#define M "Result: "

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int result = add(3, 4);
    // 在预处理阶段 M 会被替换成 "Result: "
    std::cout << M << result << std::endl;
    return 0;
}

1. 预处理（生成 .i 文件）

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

• -E：只运行预处理器（Preprocessor），不编译。
• main.cpp：原始源文件。
• -o main.i：指定输出文件为 main.i，这是预处理完成后的代码（包含宏展开、头文件替换等）。

打开 main.i 会发现所有 #include 的内容被展开成真实代码，宏 (#define) 被替换为实际内容，没有注释（都被移除了）。

......(有几万行)
# 2 "main.cpp" 2

# 5 "main.cpp"
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int result = add(3, 4);

    std::cout << "Result: " << result << std::endl;
    return 0;
}

2. 编译（生成 .s 汇编文件）

g++ -S main.cpp -o main.s

• -S：只进行编译，输出汇编代码，不进行汇编（不生成机器码）。
• main.cpp：源文件。
• -o main.s：输出文件是汇编代码。

把预处理后的源码转换成 汇编代码（.s 文件），主要是语法分析、语义分析、优化、生成汇编。

3. 汇编（生成 .o 目标文件）

g++ -c main.cpp -o main.o

• -c：编译并汇编，生成机器码（目标文件），不进行链接。
• main.cpp：源代码。
• -o main.o：输出目标文件 main.o。

把汇编代码（.s 文件）转成机器码（.o 或 .obj 文件，叫“目标文件”），每个源文件会变成一个 .o 文件，里面是二进制的函数/变量信息。

查看内容（反汇编）：

nm main.o           # 查看符号表
objdump -d main.o   # 查看反汇编代码

4. 链接（生成最终可执行程序）

g++ main.o -o app

• main.o：输入的目标文件。
• -o app：输出可执行文件名为 app。

把多个 .o 文件 + 库文件组合成一个完整的 可执行文件，把函数/变量地址统一、补上引用，比如 std::cout 是从 libstdc++.so 来的。如果使用了多个源文件，链接阶段会把它们拼在一起。

总结

源代码（.cpp）
   ↓ 预处理
展开 include、宏等
   ↓ 编译
生成汇编代码
   ↓ 汇编
生成目标文件（.o）
   ↓ 链接
整合库、目标文件
   ↓
最终可执行程序（app）

C++ 分离式编译

C++ 分离式编译（Separate Compilation）是一种 将程序拆分为多个源文件分别编译，然后在链接阶段将它们组合成一个可执行文件的机制。这种机制能带来更好的模块化、编译速度提升和团队协作效率。

在 C++ 中，一个典型的项目可能被拆成以下几类文件：

文件类型	后缀名	内容
头文件（Header）	.h 或 .hpp	类声明、函数声明、宏定义等
源文件（Source）	.cpp	函数实现、类成员函数定义
编译目标文件	.o 或 .obj	每个 .cpp 编译生成的中间文件
可执行文件	.exe 或无后缀（Linux）	链接所有目标文件生成的最终程序

分离式编译的优点

• 更快的编译速度：只修改一个 .cpp 文件时，其他模块无需重新编译。
• 更好的可维护性：代码结构更清晰，每个模块职责分明。
• 有利于多人协作：多人可以同时编写和调试不同模块。
• 支持复用与封装：通过头文件声明接口，只暴露必要内容。

注意事项

• 不要在 .cpp 中定义多次同一个函数或全局变量（否则链接时重复定义）。
• 每个 .cpp 文件应包含自己所需的头文件。
• 使用 #include 时要注意头文件的包含保护（include guard），避免重复包含。

举例

有这样一个项目结构：

project/
├── math_utils.cpp   // 数学函数的实现
├── math_utils.h     // 数学函数的声明
├── string_utils.cpp // 字符串处理实现
├── string_utils.h   // 字符串处理声明
├── main.cpp         // 主函数

编译过程是分开的：

g++ -c math_utils.cpp     # ➜ 生成 math_utils.o
g++ -c string_utils.cpp   # ➜ 生成 string_utils.o
g++ -c main.cpp           # ➜ 生成 main.o
g++ math_utils.o string_utils.o main.o -o my_program

如果只改了 math_utils.cpp

• 只需要重新运行：

  g++ -c math_utils.cpp    # 重新生成 math_utils.o
  

• string_utils.o 和 main.o 不需要重新编译（假设 math_utils.h 没变）；

• 然后重新链接：

  g++ math_utils.o string_utils.o main.o -o my_program
  

这样做的好处是：

• 节省时间：每个 .cpp 编译可能需要几秒甚至几十秒，大项目编译一次很慢；
• 提高效率：只重编改动的文件，不影响其他模块。

如果改动的是 头文件（如 math_utils.h），而这个头文件被多个 .cpp 包含（通过 #include），那么 所有依赖这个头文件的 .cpp 文件都要重新编译，因为头文件的变化可能影响函数签名、类定义等。