c++ - 编译/链接过程如何工作？

Question

编译和链接过程如何工作？

(注意:这是对 Stack Overflow's C++ FAQ 的一个条目。如果您想批评以这种形式提供常见问题解答的想法，那么 the posting on meta that started all this 将是这样做的地方。该问题的答案在C++ chatroom ，FAQ 的想法首先从这里开始，因此您的答案很可能会被提出该想法的人阅读。)

Answer 1

C++程序的编译包括三个步骤:

预处理:预处理器获取 C++ 源代码文件并处理 #include s, #define s 和其他预处理器指令。此步骤的输出是没有预处理器指令的“纯”C++ 文件。

编译:编译器获取预处理器的输出并从中生成一个目标文件。

链接:链接器获取编译器生成的目标文件并生成库或可执行文件。

预处理

预处理器处理预处理器指令，如 #include和 #define .它与 C++ 的语法无关，这就是为什么必须小心使用它。

它通过替换 #include 一次处理一个 C++ 源文件带有相应文件内容的指令(通常只是声明)，替换宏( #define )，并根据 #if 选择文本的不同部分, #ifdef和 #ifndef指令。

预处理器处理预处理 token 流。宏替换被定义为用其他标记替换标记(操作符 ## 在有意义时允许合并两个标记)。

毕竟，预处理器产生一个单一的输出，它是由上述转换产生的 token 流。它还添加了一些特殊标记，告诉编译器每一行来自哪里，以便它可以使用这些标记来生成合理的错误消息。

在这个阶段可以巧妙地使用 #if 产生一些错误。和 #error指令。

汇编

编译步骤在预处理器的每个输出上执行。编译器解析纯 C++ 源代码(现在没有任何预处理器指令)并将其转换为汇编代码。然后调用底层后端(工具链中的汇编程序)将该代码组装成机器代码，以某种格式(ELF、COFF、a.out、...)生成实际的二进制文件。该目标文件包含输入中定义的符号的编译代码(以二进制形式)。目标文件中的符号按名称引用。

目标文件可以引用 undefined symbol 。当您使用声明并且不为其提供定义时就是这种情况。编译器不介意这一点，只要源代码格式正确，就会愉快地生成目标文件。

编译器通常会让您在此时停止编译。这非常有用，因为使用它您可以单独编译每个源代码文件。这提供的优点是，如果您只更改单个文件，则无需重新编译所有内容。

生成的目标文件可以放在称为静态库的特殊文件中，以便以后更容易地重用。

正是在这个阶段，报告了“常规”编译器错误，例如语法错误或失败的重载解析错误。

链接

链接器是从编译器生成的目标文件生成最终编译输出的东西。此输出可以是共享(或动态)库(虽然名称相似，但它们与前面提到的静态库没有太多共同之处)或可执行文件。

它通过用正确的地址替换对 undefined symbol 的引用来链接所有目标文件。这些符号中的每一个都可以在其他目标文件或库中定义。如果它们是在标准库以外的库中定义的，则需要将它们告知链接器。

在这个阶段，最常见的错误是缺少定义或重复定义。前者意味着定义不存在(即它们没有被写入)，或者它们所在的目标文件或库没有提供给链接器。后者很明显:在两个不同的目标文件或库中定义了相同的符号。