The Cherno C++笔记02

目录

Part 06 How the C++ Compiler Works

1.编译过程

2.C++并不关心文件

3.翻译单元（Translation Unit）

4. 实际用代码感受一下编译过程

4.1 预处理

4.1.1 预处理的本质

4.1.2 预处理后的.i文件

4.1.3 骚操作

4.2 .asm文件（汇编语言源文件）

4.2.1 直观感受优化

4.2.2 常量折叠（Constant Folding）

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Part 06 How the C++ Compiler Works

1.编译过程

我们在编译软件上写的内容，实际上就是文本，那从文本到可执行的程序，中间需要经过两步，编译和链接。编译就是将文本转化为.obj后缀的目标文件。

编译又可以分为几个步骤：

①预处理（Preprocessing）

②词法分析（Lexical Analysi）

③语法分析（Syntax Analysis）

④语义分析（Semantic Analysis）

⑤优化（Optimization）

⑥代码生成（Code Generation）

我们可以用一个简单的例子来直观感受一下每个过程

源代码：

#include 

int main() {
    int a = 5;
    int b = 7;
    int sum = a + b;
    printf("Sum is: %d\n", sum);
    return 0;
}

词法分析生成词法单元（Tokens）

Keyword: include
Identifier: 
Keyword: int
Identifier: main
Punctuation: (
Punctuation: )
Punctuation: {
Keyword: int
Identifier: a
Operator: =
Number: 5
Punctuation: ;
...

语法分析生成抽象语法树（AST）

Program
|
└── Function: main
    ├── Declaration: int a
    ├── Assignment: a = 5
    ├── Declaration: int b
    ├── Assignment: b = 7
    ├── Declaration: int sum
    ├── Assignment: sum = a + b
    ├── Function Call: printf
    │   ├── String: "Sum is: %d\n"
    │   ├── Argument: sum
    └── Return: 0

语义分析：

• 语义信息：
  • 类型检查通过，变量和函数引用有效。
  • 符号表记录了变量的类型和位置。

优化（Optimization）:

int a = 5;
int b = 7;
int sum = a + b;
printf("Sum is: %d\n", sum);
return 0;

代码生成(Code Generation)

MOV a, 5
MOV b, 7
ADD sum, a, b
PRINT "Sum is: %d\n", sum
HALT

转成obj机器码

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2.C++并不关心文件

这主要是跟Java做对比

在Java中，一个源代码文件通常对应一个类，且文件名与类名相同，并以 .java 为扩展名。而在C++中：源代码可以分布在多个文件中，每个文件独立地包含了一部分程序的实现。这些文件可以包含函数、类、变量的定义和实现等。默认情况下编译器看到.h文件会将其作为头文件处理，见到.cpp文件会将其作为源文件处理。你可以改变它，不具有强制性。
总而言之：

在Java中，文件名与类名的匹配是强制性的，而且有严格的规范。这种规范有助于提高代码的可读性和可维护性，但也限制了一定的灵活性。

在C++中，虽然有一些约定（例如使用.cpp作为源文件的扩展名），但这些并非强制性规定。C++更加注重灵活性和兼容性，允许开发者使用不同的扩展名或者甚至没有扩展名。这种灵活性允许开发者更自由地组织和命名源文件，但也可能导致一些不规范的实践。

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3.翻译单元（Translation Unit）

在编译过程中被处理的最小单元。在C++中一个源文件和一个头文件通常就是一个翻译单元。一个翻译单元作为编译器的输入，经过编译过程后生成一个目标文件，然后多个目标文件可以被链接在一起形成最终的可执行程序。

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4. 实际用代码感受一下编译过程

4.1 预处理

4.1.1 预处理的本质

预处理其实就是复制粘贴头文件的内容

我们写两个源文件感受一下：

math.cpp(没有包含任何头文件)

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

Log.cpp(包含iostream头文件)

#include 

void Log(const char* message)
{
	std::cout << message << std::endl;
}

然后我们单独编译（Ctrl+F7）

得到两个obj文件

大小差距很大，造成这种现象的原因就是包含头文件，预处理会把头文件的内容全部复制到Log.cpp中来。

4.1.2 预处理后的.i文件

.i 文件是指预处理后的源文件。在C和C++编译过程中，预处理器会对源文件进行处理，展开宏、处理条件编译指令等，并生成一个经过预处理的中间文件。这个中间文件的扩展名通常是.i。

我们可以通过更改下面的设置来让他生成预处理后的.i文件

对Main.cpp文件预处理

#include 

void Log(const char* message);

int main()
{
	Log("Hello World!");//用Log函数实现打印的功能
	std::cin.get();
}

文本编辑器打开Main.i文件

我们会直观的发现这个现象

4.1.3 骚操作

利用这个特点我们可以实现一些骚操作

建一个只有一个结束大括号的头文件

EndBrace.h

}

然后将原本.cpp文件中的结束大括号改成#include “EndBrace.h”（自己建立的头文件用双引号）还能编译成功吗？

Math.cpp(替换)

int Multiply(int a, int b)
{
    return a + b;
#include "EndBrace.h"

成功！

打开生成的.i文件

还可以利用宏定义

#define (被替换的内容) （替换后的内容）

#define Age 18 就是在预处理的时候，把代码里面的Age全部替换成18

Math.cpp(替换)

#define INTEGER int
INTEGER Multiply(INTEGER a, INTEGER b)
{
	return a + b;
}

成功！

打开生成的.i文件

#if 预处理指令用于条件编译。它允许根据指定的条件来选择性地包含或排除部分代码。

Math.cpp(替换)

#if 1
int Multiply(int a, int b)
{
	return a + b;
}
#endif

打开生成的.i文件

Math.cpp(替换)

#if 0
int Multiply(int a, int b)
{
	return a + b;
}
#endif

v打开生成的.i文件

4.2 .asm文件（汇编语言源文件）

关闭刚才的设置

更改汇编语言文件输出

这里我们可以看到源代码的汇编语言格式

4.2.1 直观感受优化

Debug版本总共有253行

如果我们改一下Debug版本的设置为

这个时候我们继续运行编译

只有177行

4.2.2 常量折叠（Constant Folding）

常量折叠（Constant Folding）是编译器在编译时对表达式中的常量进行计算和简化的过程。在这个过程中，编译器会尽可能地将表达式中的常量计算出结果，以减少运行时的开销。

改一下Math.h

int Multiply()
{
	return 2*5;
}

编译，并查看生成的汇编文件.asm