每个 C++ 开发人员工作流程的核心都有一个不可或缺的工具：C++ 编译器。
编译器是将人类可读的源代码转换为机器可执行指令的引擎，使我们能够弥合抽象问题解决和具体解决方案之间的差距。
在本文中，我们将深入研究 C++ 编译器的内部工作原理，探索流行的选项，并介绍 Incredibuild 等工具来帮助您加速 C++ 编译并提高开发效率。
什么是 C++ 编译器？
编译器是现代软件开发的基础。没有它们，我们的程序将仍然是抽象的想法，永远不会具体化为可作的应用程序。C++ 编译器获取用 C++ 编写的高级源代码，并将其转换为可在计算机上执行的低级机器代码。
除了翻译之外，编译器在优化 C++ 代码的性能、及早检测错误以及确保不同系统之间的兼容性方面也发挥着关键作用。
C++ 编译过程中的步骤
C++ 编译过程需要三个主要阶段：预处理、编译和链接。
预处理
预处理标志着 C++ 编译管道的初始步骤，源代码会进行必要的转换，为后续阶段做好准备。
首先，宏扩展开始发挥作用，其中使用 #define 等指令定义的宏或通过编译器标志传递的宏被替换为它们各自的值或代码片段。此扩展将必要的预定义指令注入源代码。
接下来，预处理阶段处理文件包含。使用 #include 指令指定的任何文件都将合并到源代码中。此过程可确保所有必需的声明和定义都可用。
编译器还会在此阶段从代码中删除注释。无论是单行还是多行，注释都会被剥离，只留下代码的功能组件。此步骤可确保代码干净并准备好进行分析，而无需不必要的注释。
源代码中的字符和字符串经过进一步处理，使其可执行。例如，解析转义序列，并将字符转换为最适合执行环境的适当格式。
最后，编译器递归处理所有预处理指令。在此步骤中解决了条件编译和宏重新定义等指令，确保代码的完全处理版本。
预处理的最终结果： 翻译单元 – 预处理的源文件，现在已准备好用于编译过程的语法和语义分析阶段。
汇编
编译阶段是 C++ 开发过程的关键部分，预处理的代码被转换为独立于机器的目标代码。此阶段包含几个关键步骤，以确保代码正确、一致并准备好进行进一步处理。
编译从语法和语义分析开始，在此期间编译器检查代码是否符合 C++ 语法规则和逻辑一致性。这涉及构建语法树来验证结构正确性，并执行语义检查以捕获类型不匹配、未声明的变量或无效函数调用等问题。在继续该过程之前，此处识别的任何错误都会被标记为更正。
分析后，编译器转向代码生成，将语法和语义验证的代码转换为中间表示 （IR）。这种中间形式弥合了高级源代码和稍后要生成的特定于平台的机器代码之间的差距。
最终编译结果： 目标文件 – 一个特定于平台的二进制文件，其中包含机器可读代码，将用作下一步也是最后一步链接的输入。
注意： 虽然该文件包含执行所需的所有信息，但它仍然不完整，因为它缺乏外部依赖项，例如库函数。
连接
在这里，编译器将所有必要的组件（目标文件和库）合并到一个完整的、可运行的可执行文件中。
链接过程从符号解析开始，在此期间，链接器将目标文件中的函数调用和变量引用与其相应的定义进行匹配。这确保了所有外部引用（例如库函数）都正确映射，从而使程序能够按预期运行。任何未解析的符号都会被标记为错误，以防止不完整或有缺陷的可执行文件。
接下来，链接器可以实现静态或动态链接，以将库集成到最终程序中。默认情况下，编译器将使用动态链接;这将建立对共享库的引用，这些库在运行时加载。动态链接减小了可执行文件的大小，并允许在不重新编译程序的情况下更新共享库;但是，它要求库在运行时存在于目标系统上。
如果您选择静态链接，则必要的库代码将直接复制到主二进制文件中。这种方法创建了一个独立的程序，可以独立于外部库运行;但是，这是以增加可执行文件大小为代价的。
链接的最终结果 ：一个功能齐全的可执行文件，其中包含程序在其预期平台上运行所需的所有代码和资源。
您应该使用哪种 C++ 编译器？
有几种优秀的 C++ 编译器可用，每种编译器都提供独特的功能和优势。让我们探索最好的 C++ 编译器以及如何有效地使用它们。
GNU 编译器集合 （GCC）
GCC 是一种广泛流行的开源工具，免费提供且灵活，支持众多平台。这使其成为跨不同环境工作的开发人员的理想选择。GCC 编译器以其强大的优化功能而闻名，确保生成的代码高效运行。
然而，GCC 编译器确实有一些缺点。它们对命令行工具和标志的依赖可能会给初学者带来挑战，他们可能会发现学习曲线比具有更用户友好界面的编译器略陡。
要使用 GCC 编译程序，例如名为 program.cpp 的文件，您只需执行： g++ -o program program.cpp。
Clang
Clang 是作为 LLVM 项目的一部分构建的开源编译器，为 C++ 代码开发提供了现代且高效的解决方案。其突出优势之一是其出色的错误诊断，通常提供比 GCC 更详细、更用户友好的消息。这对于寻求更清晰地了解编译问题的开发人员特别有吸引力。
Clang 的模块化设计还允许灵活性和定制，而它与其他 LLVM 工具的互作性增强了其在复杂开发环境中的实用性。
尽管 Clang 有很多优点，但它确实有一些局限性。虽然它在很大程度上与 GCC 竞争，但它对 C++ 标准的解释和其优化能力仍在成熟的领域偶尔存在差异。
要使用 Clang 编译程序，例如，名为 program.cpp 的文件，您可以使用： clang++ -o program program.cpp。
在继续我们的第三个编译器之前，让我们比较一下 Clang 和 GCC，因为它们都是开源的。
GCC vs. Clang
尽管有相似之处，但 GCC 和 Clang 确实在几个方面有所不同：
- 错误报告：Clang 通常会提供更清晰、更详细的错误消息，这可以使开发人员更轻松地进行调试。
- 优化：GCC 在优化技术方面有着悠久的历史，尽管 Clang 一直在快速迎头赶上，并且经常在性能方面产生可比的结果。
- 标准合规性： 这两个编译器都严格遵守 C++ 标准，但可能以不同的方式解释某些歧义。开发人员可能会在极端情况下遇到细微的行为差异。
在 GCC 和 Clang 之间进行选择通常取决于个人喜好或项目特定需求。但是，如果您需要适用于 Windows 的编译器怎么办？这就是我们的第三个编译器发挥作用的地方。
Microsoft C++ 编译器 （MSVC）
Microsoft C++ 编译器是在 Windows 中进行 C++ 开发的首选。它的主要优势在于它与 Visual Studio（一种流行且功能丰富的 IDE）深度集成。使用 MSVC 编译程序通常使用直观的 Visual Studio GUI 完成。这种集成提供了无缝的开发体验，并配有先进的调试和分析工具，使诊断和优化代码更加高效。
MSVC 有一些明显的缺点。它在非 Windows 平台上的有限支持使其不太适合跨平台项目，而 GCC 或 Clang 等其他编译器可能是首选。虽然 MSVC 往往比 GCC 或 Clang 更快地采用新的 C++ 标准，但它偶尔会面临向后兼容性方面的挑战。
总而言之，选择正确的编译器取决于您的具体要求和开发环境。对于跨平台开发，GCC 或 Clang 通常是首选，而对于以 Windows 为中心的项目，MSVC 提供无与伦比的集成和易用性。使用多个编译器根据各种解释测试代码并确保兼容性也很常见。
使用 Incredibuild 进行 C++编译
现代开发通常涉及大型项目，其中编译时间可能成为瓶颈。这就是领先的开发加速平台 Incredibuild 等工具可以产生重大影响的地方。
Incredibuild 通过在网络中分配工作负载来加速编译过程。将任务分散到多台机器上可以大大缩短构建时间，而开发人员可以返回编码，而不是等待编译完成。
Incredibuild 的功能和优势：
- 更快的构建： 通过并行化任务将编译时间缩短多达 90%
- 跨平台支持： 与 GCC、Clang 和 MSVC 无缝协作
- 易于集成： 需要对现有设置进行最少的配置更改
使用案例：
- 具有广泛依赖关系的大型项目
- 构建时间至关重要的持续集成管道
- 多平台开发环境
结论
通过掌握 C++ 编译过程、选择正确的工具并利用 Incredibuild 等平台，您可以简化软件开发工作流程并专注于构建高质量的应用程序。
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为什么 C++ 编译器很重要？
C++ 编译器对于将人类可读的代码转换为机器可执行指令至关重要，使我们能够创建高效、可靠的软件。
什么是最好的 C++ 编译器？
一些最好的 C++ 编译器包括 GCC、Clang 和 MSVC。正确的将取决于您给定的开发环境。
如何加速 C++ 编译？
使用 Incredibuild 等工具是加速 C++编译的有效方法，尤其是对于大型项目。
静态链接和动态链接有什么区别？
静态链接将所有代码合并到单个可执行文件中，从而产生更大的文件，但更少的运行时依赖项。动态链接在运行时链接库，创建较小的可执行文件，但需要目标系统上的库可用性。
