第5章 基础——5.2. 构建C++程序

白话C++

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5.2.构建C++程序

C++是典型的“编译型”语言。

对于编译型语言，我们可以笼统地将“代码变成程序”这个过程，称呼为“编译”。不过，如果细分起来，这个过程还包括了以下三个子过程：

• 预编译/precompile
• 编译/compile
• 链接/link

此时，为了避免混淆，我们需要将“代码变成程序”这个完整的过程，称为“构建/build”。上面的子过程还可以被细化，不过对于普通编程工作，了解这三方步就够了。

5.2.1. 预编译

“ 预编译”有时候也被称为“预处理/preprocessing”，就好像烹调大师在做菜之前，需要先将菜洗好，切好；需要将待用的佐料准备齐全，并且放在 随手可得的位置等等，编译器在编译程序之前，需要先读入待编译的源代码，在内存中，整理格式，转换部分内容，以利于其后内容。

比如，C++用于进行逻辑“或者”运算的符号为“||”，但考虑某些国家的电脑键盘缺少“|”字符，C++也允许使用 单词“or”表示该运算符；那么在预编译时，就可以将这些代替符号在内存中映射成统一代号。

更加常见的内容还有，C++允许通过一些“预编译指令”来实现部分代码在某个编译环境下临时无效（不需要参加编译），这些无效代码，在预编译时，可以在内存中清除内容，比如

001
 //通过宏定义，检查当前是否在Windows操作系统下编译


002
 #ifdef  __WIN32__  

003
 std::
string os =
 “Windows”;


004
 #end

如果当前正好是在Linux操作系统下编译以上代码，则003行的代码内容被剔除。更易于理解的还有，注释也会被清除，比如001行代码。

〖小提示〗：宏能够检测当前操作系统？

宏只是几个字符组成，它没有这么神奇的力量可以检查当前操作系统。事实上是人（程序员）根据当前编译环境，从而预定义某些宏。

 

不过预编译过程最主要的，也是我们最需要小心的地方，是C/C++中的“宏替换”。所谓的“宏”是指C/C++允许以一个（通常是简短的，有意义的）标记符，来表示另一一段（通常是冗长的，或者无意义的）代码，比如：

#define PAI 3.14159265

这段代码用“PAI”这个标志符号，代表长长的圆周率“3.14159265”。那么在预编译时，除非遇上取消该宏定义的代码，否则之后遇上的“PAI”标志符，被替换成具体的3.14159265这个数值。比如

int
 radius;
 //半径


cout <<
 “请输入半径：”;


cin >>
 radius;


double
 circumference =
 2
 *
 PAI *
 radius;


cout <<
 “周长=
” <<
 circumference <<
 endl;

通过预编译之后，转换成

int
 radius;


cout <<
 “请输入半径：”;


cin >>
 radius;


double
 circumference =
 2
 *
 3.14159265
 *
 radius;


cout <<
 “周长=
” <<
 circumference <<
 endl;

5.2.2. 编译

C++的代码被转换成机器语言，在编译这个阶段中完成。我们程序中有任何语法上的错误，会被编译器查找出来。还有某些在语法上无误，但编译器认为“形迹可疑”的代码，也会以“警告”的形式提出。

对于初学者，往往写完代码用了10分钟，对付编译器给的问题，却用上120分钟。

这样一个重要的阶段，或许我们应该用大量的篇幅进行描述？那已经是另一门课程，有兴趣的读者请购买相关书籍阅读。

〖课堂作业〗：观察编译错误消息

请使用Code::Blocks打开“Hello world”经典版项目，然后注释掉第4行代码，效果如下：

//using namespace std;

重新编译该项目，观察编译器给出消息，并加以理解，注意区分其中的“error”和“warning”类型。

 

下面是该课堂作业的答案：

编译信息及相关解释（为节省篇幅，省略文件路径信息）：

||=== HelloWorld, Debug ===|

.../main.cpp||In function `int main()':|

(main.cpp文件的中main函数中:)

.../main.cpp|8|error: `cout' was not declared in this scope|

(main.cpp第8行，错误：’cout’ 在当前范围内，找不到它的声明)

.../main.cpp|8|error: `endl' was not declared in this scope| .../main.cpp|8|warning: unused variable 'cout'|

(main.cpp第8行，警告：cout 这个变量没有被用上)

.../main.cpp|8|warning: unused variable 'endl'|

(main.cpp第8行，警告：endl 这个变量没有被用上)

||=== 已完成构建: 2 个错误, 2 个警告 ===|

编译器先是报一错，说是“’cout’ 在当前范围内，找不到它的声明”。cout在声明在名字空间std之中，但是我们刚刚注释掉对该名字空间的使用，所以编译器就会找不到cout的声明。

紧接着，编译器既然找不到cout和的声明，它就会试着装装糊涂，将cout当成一个变量对待，这样一来，它又觉得不太对头，这个cout变量没有被（正确地）使用过，于是它又报了一个警告。

编译有问题了，仔细阅读编译消息，再对照实际代码……脑袋一拍：“哎呀！原来是……”迅速修改代码，再尝试编译……通过了！真开心；还是有错，真着急——这就是程序员每天都在经历的生活。

〖重要〗： 有关编译信息的重要注意事项

1、警告消息同样很重要，我们之前已经了解过这一点。

2、编译器并不“神”，所以它所提示的行号，有时很准确，但有时完全不靠边，如何准确定位出错位置，既要靠你的对C++语言的熟悉程度，还要靠你的经验。

3、编译通过了，只表示语法都正确了，而不代表这就是一个正确的程序。

 

5.2.3. 链接

谈到链接，首先会有困惑：“都已经编译成机器语言了，不就完事了吗？链接干什么？”

原来，C++的编译过程，是单个单个源文件进行的。假设为了写一个程序，你的有一个名为k的项目，它包含了两个源文件：a.cpp和b.cpp，那么编译过程将是：

第一、 预编译a.cpp，编译a.cpp，生成目标文件：a.o；

第二、 预编译b.cpp，编译b.cpp，生成目标文件：c.o；

第三、 链接a.o和c.o，出现可执行文件：k.exe。

其中的“目标”文件，有时也被直观地称为“中间文件”，原因在于当它在被链接成可执行文件之后，就可以被删除。

〖小提示〗：目标文件及可执行文件的扩展名

目标文件和可执行文件的扩展名，依赖于操作系统或编译器，.obj和.exe是Windows操作系统下的默认风格，但对于mingw32下的g++编译器，生成的目标文件扩展名为“.o”。

 

如此，“链接”所做主要工作之一，就变得容易理解了：编译时，每一个源文件虽然都被编译成机器语言了，但却是零散的多个目标文件，于是链接器出场 ，将这些目标文件“拼接”、或者“组装”成一个完整的可执行文件。

〖轻松一刻〗：“拼接”工作最害怕什么？

小时候，我是一个“拆卸狂”，最喜欢拆完又装的就是父亲床头的闹钟，但第一次拆完又装后，它多了几个零件，第二次偏偏少了几个零件，终于闹钟被我折腾到死无全尸。

如今我也当上爸爸，小女在两岁时就喜欢玩我的笔记本电脑，三岁时，我发现她在抠本本的键盘，我惊出一身汗，立刻就上玩具市场买了数套拼图游戏回家。

 

说起来，编译器是非常“八婆”的家伙，它经常毫不顾及我们的脸面，挑出代码中的一大堆错误。链接器就比它酷多了，它最喜欢的挑的错，只有两个：其一是：“少了个XXX”；其二：“多了个XXX”。这里的“XXX”并不是指源文件，而是指代码中的对象，最常见的就是函数。

继续那个k项目包含a.cpp和b.cpp的例子。假设我们在a.cpp中，要用到一个函数叫“foo()”。编译器并不要求我们立即找到这个函数的实现，相反，我们只需要给出这个函数的“声明”即可。所谓的“声明”，就是告诉编译器，这个“函数长什么样子”。

那么，谁负责最终找到“foo()”函数的真身呢？“链接器”是也。链接器发现a.o里要用到“foo()”这个函数，于是它先在a.o里查一查，没找到；于是又到b.o里再找找，还是没找到，这下它急了，于是就报怨了一句“少了个foo()！”。

理解了这个“少了个XXX”，“多了个XXX”的错误也容易理解了。想像链接器在a.o里找到“foo()”，正得意呢，可等在拼装完了时，发现在b.o里居然还有个一模一样的“foo()”，它就会叫出来：“哇，竟然多了一个foo()！”

让我们修改“Hello world”经典版代码如下：

/*这是我的第一个C++程序*/


#include <iostream>




004
 using namespace
 std;




006
 void
 foo();




int
 main
() 

{


010
  foo();


    

    cout <<
 "Hello world!"
 <<
 endl;


    return
 0
;

}

004行，记得你去除了前一小节的注释。

006行，我们声明了一个“foo()”函数。

010行，我们调用了这个并不实际存在的“foo()”函数。

重新编译这个项目，会发生链接错误。请在消息栏（按F2确保显示）切换到“构建记录”页面，我们首先在记录中查看到以下信息：

-------------- 构建: Debug 在 HelloWorld中 ---------------

正在编译: main.cpp

正在链接 控制台可执行: bin/Debug/HelloWorld.exe

信息显示，“编译”过程已经完成，问题出在“链接”过程。将消息栏切换到“构建信息”，看到以下出错消息：

obj/Debug/main.o||In function `main':|

.../main.cpp|10|undefined reference to `foo()'|

||=== 已完成构建: 1 个错误, 0 个警告 ===|

这回，问题是从“obj/Debug/main.o”内发生，当然，链接器也非常努力的提醒我们，main.cpp的第10行可能有点问题。

 

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