C/C++

C语言编译流程

• C语言编译主要经过四个过程
  • 预处理(Preprocessing)
    • 处理以#开头的预处理指令，比如#include、#define、#ifdef等。
    • 生成的文件后缀为.i
  • 编译(Compiling)
    • 将预处理后的文件转换成汇编语言
    • 生成的文件后缀为.s
  • 汇编(Assembling)
    • 将汇编语言代码转换成目标二进制文件
    • 生成的文件后缀为.o
  • 链接(Linking)
    • 将多个目标文件及所需的库文件组合生成最终的可执行文件

gcc/g++编译器使用

可用选项

• gcc/g++常用的一些功能选项:
  • -E 只激活预处理,这个不生成文件,你需要-o把它重定向到一个输出文件里面
  • -S 编译到汇编语言不进行汇编和链接
  • -c 编译到目标代码
  • -o 结果输出到对应文件
  • -static 此选项对生成的文件采用静态链接
  • -g 生成调试信息。GNU 调试器可利用该信息,一般配合优化项-o0使用
  • -shared 此选项将尽量使用动态库，所以生成文件比较小，但是需要系统由动态库
  • -w 不生成任何警告信息
  • -Wall 生成所有警告信息

编译选项，编译成.o文件时使用

• -D: 添加额外宏信息, 例如: -DDEBUG、-DTHREAD=8，如果需要传入"需要转义，比如-DMESSAGE=""H"
• -m64: 指定编译为 64 位应用程序
• -std=: 指定编译标准，例如：-std=c++11、-std=c++14
• -g: 包含调试信息
• -w: 不显示警告
• -O: 优化等级，通常使用：-O3
• -I: 加在头文件路径前
• fPIC: (Position-Independent Code), 产生的没有绝对地址，全部使用相对地址，代码可以被加载到内存的任意位置，且可以正确的执行。这正是共享库所要求的，共享库被加载时，在内存的位置不是固定的

链接选项，将内容链接成可执行文件时使用

• -l: 加在库名前面
• -L: 加在库路径前面
• -Wl,<选项>: 将逗号分隔的 <选项> 传递给链接器
• -rpath=: "运行" 的时候，去找的目录。运行的时候，要找 .so 文件，会从这个选项里指定的地方去找
• 优化选项见gcc编译优化（O0、O1、O2、O3、Os）

可执行文件编译

gcc和g++的用法相同,此处列出的是gcc的编译流程

• 预处理：

  gcc -E [.c源文件] -o [自定义输出文件名.i]

• 编译成汇编语言(隐藏了预处理操作):

  gcc -S [.c源文件]

• 编译.o的object文件(二进制文件，可用于链接):

  gcc -c [.c源文件] [.c源文件] [...] (可选选项：-o [自定文件名])

• 编译最终可执行文件

  gcc [.c源文件] [.c源文件] [...] (可选选项：-o [自定文件名])

库文件编译

• 库是特殊的一种程序，编写库的程序和编写一般的程序区别不大，只是库不能单独运行
• 库文件有两种，静态库和动态库,区别是:
  • 静态库在程序的链接阶段被复制到了程序中,打开程序就会将库加载到内存
  • 动态库在链接阶段没有被复制到程序中,而是程序在运行时由系统动态加载到内存中供程序调用
• 静态库(.a文件)
  • 优点
    • 静态库被打包到应用程序中加载速度快。
    • 发布程序无需提供静态库，移植方便。
  • 缺点
    • 消耗系统资源，浪费内存，对于相同的库，由于该库写入在程序之中，因此在加载多个程序的过程中加载了多次次这个库。
    • 更新、部署、发布麻烦。
• 动态库的路径与依赖关系
  • 动态库的路径：当系统加载可执行代码时候，能够知道其所依赖的库的名字，但是还需要知道绝对路径。此时就需要系统的动态载入器来获取该绝对路径
  • 动态库的依赖关系：程序启动之后，动态库会被动态加载到内存中，通过ldd(list dynamic dependencies)命令检查动态库依赖关系
• 动态库(.so文件)
  • 优点
    • 可以实现进程间资源共享,库同时间只会加载一次
    • 更新、部署、发布简单
    • 可以控制何时加载动态库
  • 缺点
    • 加载速度比静态库慢
    • 发布程序时需要提供依赖的动态库
• Windows环境下静态库名字是.lib，动态库名字是.dll
  • 对于Windows而言，动态库还有对应的.lib文件需要在编译时引入，这个静态库用于帮助程序知道.dll中有哪些数据
  • .dll库的链接，需要直接放入编译出的可执行文件同目录下，或使用Windows提供的动态链接函数，如果希望暴露符号也需要__declspec(dllexport)导出
  • 如果使用CLion编译最终库文件请点击构建对应任务的按钮(不是运行任务)，并且要注意CLion中每个无关联的构建是分开的任务
  • 如果使用CLion编译最终可执行文件需要添加-static-libgcc -static-libstdc++编译参数，不然无法双击运行(命令行编译不需要)

静态库

• 编库(先转成.o文件，再编成lib[自定库名].a)

  gcc -c [.c源文件] [.c源文件] [...] (可选选项：-o [自定文件名])
  ar -r lib[自定库名].a [.o文件] [.o文件] [...]

• 链接

  gcc [main文件] -o [自定义输出可执行文件名] -l[库名] -L[库的路径]

动态库

• 编库

  • 第一种做法， 先转成.o文件，再编成.so文件

    gcc -c -fpic [.c源文件] [.c源文件] [...]
    gcc -shared [.o文件] [.o文件] [...] -o lib[库名].so

  • 第二种做法，直接转成.so文件

    gcc -fpic -shared [.c源文件] [.c源文件] [...] -o lib[库名].so

• 链接

  gcc [main文件] -o [自定义输出可执行文件名] -l[库名] -L[库所在路径] -Wl,-rpath=[库所在路径]

编译中断

• 由于默认无论出现什么样的警告信息都不会中断编译，这对大量文件的编译是不友好的，这些警告信息中混杂着真正的编写错误，比如：-Werror=return-type指的是没提供正确类型的返回值

• 如果没有发现，可能会出现奇怪的错误，比如：未给函数声明添加;结尾，并运行了程序，会得到下列输出，这些错误debug是很难发现具体位置的

  stdarg.h:40:27: error: storage class specified for parameter ‘__gnuc_va_list’
    40 | typedef __builtin_va_list __gnuc_va_list;

• 对于应该视为错误的信息应该直接中断编译，只需要在编译时添加-Werror=警告类型就可以在出现警告时终止编译，当然也有下列调控方法

  • -w：不提示警告，-Wno-警告名称可以单独限制某些警告
  • -Werror：将所有警告当做错误处理
  • -W额外警告类型：提示不在all列表中的警告，他们可以通过-Wextra统一开启，有以下几种
    • -Wshadow：当一个局部变量遮盖住了另一个局部变量，或者全局变量时，给出警告。很有用的选项，建议打开。 -Wall 并不会打开此项。
    • -Wpointer-arith：对函数指针或者void *类型的指针进行算术操作时给出警告。也很有用。 -Wall 并不会打开此项。
    • -Wcast-qual：当强制转化丢掉了类型修饰符时给出警告。 -Wall 并不会打开此项。
    • -Waggregate-return：如果定义或调用了返回结构体或联合体的函数，编译器就发出警告。
    • -Winline：无论是声明为 inline 或者是指定了-finline-functions 选项，如果某函数不能内联，编译器都将发出警告。如果你的代码含有很多 inline 函数的话，这是很有用的选项。
    • -Werror：把警告当作错误。出现任何警告就放弃编译。
    • -Wunreachable-code：如果编译器探测到永远不会执行到的代码，就给出警告。也是比较有用的选项。
    • -Wcast-align：一旦某个指针类型强制转换导致目标所需的地址对齐增加时，编译器就发出警告。
    • -Wundef：当一个没有定义的符号出现在 #if 中时，给出警告。
    • -Wredundant-decls：如果在同一个可见域内某定义多次声明，编译器就发出警告，即使这些重复声明有效并且毫无差别。
  • -Wall：提示所有警告(默认)
  • -Wpedantic：要求编译器严格遵守语言的ISO标准，会被视为警告的包括长度为0的数组、结构体或枚举中最后的多余括号等
  • 结合-fmax-errors=N：出现N次错误时终止编译

  # 当遇到大部分应该视为错误的警告时停止编译
  gcc -Wall -Wextra -Wpedantic -Werror=return-type -Werror=uninitialized \
    -Werror=null-dereference -Werror=format -Werror=format-security \
    -Werror=sign-compare -Werror=sequence-point -Werror=sizeof-array-argument \
    -o program program.c

程序

内存存储结构

• 堆：存放动态申请的数据，主要存放复杂对象、容器、动态数组，其中的内容需要需要手动释放
• 栈：存放静态分配的数据，存放基本数据类型、函数调用参数、局部变量，生命周期跟随函数调用，自动释放

面向对象

继承方式	基类 public 成员在子类中	基类 protected 成员在子类中	外部能否通过子类对象访问基类 public 成员
public	仍然是 public	仍然是 protected	✔️
protected	变成 protected	仍然是 protected	❌
private	变成 private	变成 private	❌