c# - 从 Java/C# 的角度理解 C++ 编译器

Question

我是一名经验丰富的 Java/C# 程序员，最近我开始学习 C++。问题是，我无法理解如何构建各种头文件和代码文件。这似乎主要是由于我对编译器如何将所有内容链接在一起缺乏了解。我曾尝试阅读一些教科书，但我的先入之见被我的 Java 和 C# 知识严重影响了。例如，我很难理解这样一个事实，即可以在 namespace 中定义方法等，而不仅仅是在类定义中。

我已经找到了大量的 C++ -> Java/C# 指南，但几乎没有其他指南。是否有任何好的资源可以简化 Java/C# -> C++ 的转换，特别是在理解编译过程方面？

Answer 1

C++ FAQ是关于 C++ 的所有特性的优秀资源，但它可能比您正在寻找的更高级一些——大多数问题(不仅仅是答案)甚至对于相当有经验的 C++ 开发人员来说也是个谜。

我认为如果您在 google 上搜索 C++ 教程，您将能够找到一些东西。您可能还想尝试学习汇编语言(或者至少快速了解微处理器中实际发生的事情)，因为 C 和 C++ 在它们做事的方式上都非常接近硬件。这就是它们的速度和力量的来源，但这是以 Java 提供的一些更好的抽象为代价的。

我可以尝试回答你上面提出的具体问题，但我不知道我会做多好。

理解头文件和 cpp 文件之间关系的关键之一是理解“翻译单元”的概念。 Java 类文件可以被认为是一个翻译单元，因为它是被编译成二进制形式的基本单元。在 C++ 中，几乎每个 cpp 文件都是一个翻译单元(如果你在做奇怪的事情，会有异常(exception))。

头文件可以包含在多个翻译单元中(并且必须包含在使用头文件中定义的任何内容的所有地方)。 #include 指令实际上只是进行文本替换——包含文件的内容被逐字插入#include 指令所在的位置。您通常希望在头文件中定义您的类接口(interface)，并在 cpp 文件中实现。这是因为您不想将您的实现细节暴露给可能包含 header 的其他翻译单元。在 C++ 中，包括类在内的一切都不是真正丰富的对象，而只是编译器分配意义的内存块……通过将相同的头信息编译到每个翻译单元中，编译器保证所有翻译单元都具有对内存块代表什么的理解相同。由于编译期后缺乏丰富的数据，反射之类的事情是不可能的。

C++ 构建过程的第二步是链接，这是链接器获取所有已编译翻译单元并查找翻译单元中使用但未在其中定义的符号(通常是函数调用，但也包括变量)的地方。然后它会寻找另一个定义该符号的翻译单元并将它们“链接”在一起，以便对特定函数的所有调用都定向到定义它的翻译单元。

在类方法的情况下，它们必须通过类实例调用，类实例在幕后只是一个指向一 block 内存的指针。当编译器看到这些类型的方法调用时，它会输出调用函数的代码，隐式地将指针(称为 this 指针)作为第一个参数传递给函数。您可以拥有不属于类的函数(不是方法，正如您所说，因为方法实际上是类的成员函数，因此没有类就不能存在)，因为链接器没有类的概念。它会看到一个定义函数的翻译单元和另一个调用函数的翻译单元，并将它们联系在一起。

最终比我预期的要长很多，当然是过于简单化了，但据我所知和所提供的详细程度，它是准确的……希望它能对一些人有所帮助。至少它应该为您提供一些谷歌搜索的起点。