首页 > 编程语言 > 详细

C++编译链接的那些小事

时间:2014-01-23 06:28:51      阅读:430      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

最近,有同事向我多次问及C++关于编译链接方面的问题,包括如下:

1:什么样的函数以及变量可以定义在头文件中

2:extern "C"的作用

3:防止重复包含的宏的作用

4:函数之间是怎么链接起来的

我认为,这些问题不难,书上基本上都有,但要是没有真正思考过,就凭死记硬背,也就是只能“嘴上说说”而已,遇到问题还真棘手,所以我觉得有必要说一下。


C/C++的编译链接过程

其实,“编译”这个词大多数时候,我们指的是由一堆.h,.c,.cpp文件生成链接库或者可执行文件的过程。但是拿C/C++来说,其实这是很模糊的,由一堆C/C++文件生成应用程序包括预处理---编译文件---链接(写的比较粗糙,不影响本文论述)。

首先,要明白什么是编译单元,一个编译单元可以认为是一个.c或者.cpp文件,每一个编译单元首先会经过预处理得到一个临时的编译单元,这里称为tmp.cpp,预处理会把.c或者.cpp直接或者间接包含的其它文件(不只局限于.h文件,只要是#include即可)的内容替换进来,并展开宏调用等。

下面首先看一个例子:

a.h

#ifndef A_H_
#define A_H_                                                                                                          
                                                                                                                      
static int a = 1;
void fun();                                                                                                           

#endif
a.cpp

#include "a.h"


static void hello_world()
{
}
只有a.h和a.cpp这两个文件,及其简单。首先通过g++的-E参数得到a.cpp预处理之后的内容

coderchen@coderchen:~/c++$ g++ -E a.cpp > tmp.cpp
查看tmp.cpp

# 1 "a.cpp"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "a.cpp"
# 1 "a.h" 1



static int a = 1;
void fun();
# 2 "a.cpp" 2


static void hello_world()
{
}
tmp.cpp就是只经过预处理得到的文件,这个文件才是编译器能够真正看到的文件。这个过程就是预处理。

其中#define A_H_的作用是防止重复包含a.h这个头文件,很多人都知道这一点,但是再仔细问,我见过大多数人都说不清楚。

这种宏是为了防止一个编译单元(cpp文件)重复包含同一个头文件。它在预处理阶段起作用,预处理器发现a.cpp内已经定义过A_H_这个宏的话,在a.cpp中再次发现#include "a.h"的时候就不会把a.h的内容替换进a.cpp了。
编译器看到tmp.cpp的时候,会编译成一个obj文件,最后由链接器对这一个对obj文件进行链接,从而得到可执行程序。


编译错误和连接错误

编译错误指的是一个cpp编译单元在编译时发生的错误,这种错误一般都是语法错误,拼写错误,参数不匹配等。

以main.cpp为例(只有一个main函数)

int main()                                                                                                            
{                                                                                                                     
  hello_world();                                                                                                      
}    
编译(加-c参数表示只编译不链接)

coderchen@coderchen:~/c++$ g++ -c -o main.o main.cpp
main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp:4: error: ‘hello_world’ was not declared in this scope
这种错误就是编译,原因是hello_world函数未声明,把void hello_world();这条语句加到main函数前面,再次编译

coderchen@coderchen:~/c++$ g++ -c -o main.o main.cpp
coderchen@coderchen:~/c++$ 
编译成功,虽然我们调用了hello_world函数,却没有定义这个函数。好,接下来,我们把这个main.o文件链接下,

coderchen@coderchen:~/c++$ g++ -o main main.o
main.o: In function `main‘:
main.cpp:(.text+0x7): undefined reference to `hello_world()‘
collect2: ld returned 1 exit status
看到了吧,链接器ld报出了链接错误,原因是hello_world这个函数找不到。这个例子很简单,基本上可以区分出编译错误和链接错误。我们再添加一个hello_world.cpp

void hello_world()
{ 
}
编译

coderchen@coderchen:~/c++$ g++ -c -o hello_world.o hello_world.cpp
链接

coderchen@coderchen:~/c++之所以$ g++ -o main main.o hello_world.o
ok,我们的main程序已经生成了,我们经历了预处理---编译---链接的过程。

有的人说为什么不需要写一个hello_world.h的头文件,声明hello_world函数,然后再让main.cpp包含hello_world.h呢?这样写自然是标准的做法,不过预处理过后,和我们现在写的一样的,预处理会把hello_world.h的内容替换到main.cpp中。


问题:在链接的时候,main.o怎么知道hello_world函数定义在hello_world.o中呢?

答案:main.o不知道hello_world函数定义在那个obj文件中,每个obj文件都有一个导出符号表,对于这个例子,hello_world.o的导出符号表中有hello_world这个函数,而main.o需要用到这个函数,可以想象就像几个插槽一样。链接器通过扫描obj文件发现这个函数定义在hello_world.o中,然后就可以链接了。

问题:为什么函数不能定义在头文件中?

这个问题是不恰当的,因为用inline和static修饰的函数可以定义在头文件中,而inline修饰的函数必须定义在头文件中。

如果函数定义在头文件中,并且有多个cpp文件都包含了这个头文件的话,那么这些cpp文件生成的obj文件的导出符号表中都有这个头文件中定义的函数,单文件编译的时候是不会出错的,但是链接的时候就会报错。链接器发现了多个函数实体,但却无法确定应该使用哪一个。这是一个链接错误。

inline修饰的函数,通常都不会存在函数实体,即便编译器没有对其内联,那么obj文件也不会导出inline函数,所以链接不会出错。

static修饰的函数,只能由定义它的编译单元调用,也不会导出。如果头文件中顶一个static修饰的函数,就相当于多个obj文件中都顶一个了一个一模一样的函数,大家各用各的,互补干扰。

问题:什么样的变量可以定义在头文件中?

其实变量于函数很类似,由static或const修饰的变量可以定义在头文件中。

static修饰的变量于static修饰的函数一样,道理同上。

const修饰的变量默认是不会进入导出符号表的,相当于每个obj中都定义了一个一模一样的const变量,各用各的。而const可以再用extern修饰,如果用extern const修饰的变量定义在头文件中,那么就会出现链接错误,原因就是“想一想extern是干嘛的”

问题:extern "C"是干嘛的?

如果有人回答“兼容C和C++”,我只能说“这是一个正确答案,但我不知道你是否真的知道”。

首先要知道C不支持重载,C++支持重载,C++为了支持重载,引入了函数重命名的机制,就像下面这样:

int hello_world(type1 param);
int hello_world(type2 param);
通常第一个函数会被编译成hello_world_type1这样子,第二个函数会被编译成hello_world_type2这样子。不管是定义的地方还是调用的地方,都会把函数改成同样的名字,所以链接器可以正确的找到函数实体。

而我们写C++程序的时候,通常会引入由c编写的库(gcc编译的c文件),而c不支持重载,自然不会对函数重命名。而我们在C++中调用的地方很可能会重命名,这就造成了调用的地方(C++编译)和定义的地方(C编译)函数名不一致的情况,这也是一种链接错误。

所以我们经常会看到在C++中用extern "C" { #include "some_c.h" }这种代码。这就是告诉c++编译器,some_c.h中的函数要按照c的方式编译,不要重命名,这样在链接的时候就ok了。

C++编译链接的那些小事

原文:http://blog.csdn.net/qq575787460/article/details/18671137

(0)
(0)
   
举报
评论 一句话评论(0
© 2014 bubuko.com 版权所有
打开技术之扣,分享程序人生!