C/C++编译构建相关问题

名词辨析

GNU

• GNU's Not Unix!的递归缩写
• 一个自由的操作系统,起源于GNU计划,希望发展出一套完整的开放源代码操作系统来取代Unix
• 基本组成包括：
  • GNU编译器套装（GCC）
  • GNU的C库（glibc）
  • GNU核心工具组（coreutils）

GCC

• GNU Compiler Collection, GNU编译器套装
• 有多种语言前端，可用于解析不同的编程语言、操作系统、计算机系统结构，是GNU计划的关键部分，也是GNU工具链的主要组成部分之一
• 可以编译C、C++、JAV、Fortran、Pascal、Object-C、Ada，Go等语言

gcc/g++/MinGW

• gcc: GCC中的GUN C Compiler（C 编译器）
• g++: GUN C++ Compiler（C++编译器）
• MinGW: Minimalist GNU for Windows，是将GCC编译器和GNU Binutils移植到Win32平台下的产物

但根据GCC的gcc和g++区别的说法，gcc和g++并不是编译器，它们只是一种驱动器^[1]，它们会根据参数中要编译的文件的类型，调用对应的GUN编译器。以编译C语言为例，包含以下过程。

Step1：Call a preprocessor, like cpp.

Step2：Call an actual compiler, like cc or cc1.

Step3：Call an assembler, like as.

Step4：Call a linker, like ld

因此gcc带参数个人理解就是去单独调用上面提及的一些工具，由此来说gcc更像是一种工具的封装，通过参数实现具体的工具调用

两者的联系和区别

对于 *.c文件，gcc当做c文件看待，g++当做cpp文件看待

虽然gcc和g++都可以编译*.c文件，但是二者会以不同的语言来对待c文件，而C++ 标准和 C 语言标准的语法要求是有区别的。

#include <stdio.h>
int main()
{
    const char * a = "abc";
    printStr(a);
    return;
}
int printStr(const char* str)
{
    printf(str);
}

以上代码使用gcc进行编译，其会看为c语言，编译结果为



以上代码使用g++进行编译，其会看为c++，编译结果为



由此可见，c++的语言要求会更高一些

对于 *.cpp文件，gcc当做cpp文件看待，g++当做cpp文件看待

虽然二者都会以cpp文件来对待，但是对于调用某些标准库中现有的函数或者类对象的c++程序，而单纯的 gcc 命令无法自动链接这些标准库文件，无法完成编译

MSVC

• Microsoft Visual C++，is a compiler for the C, C++ and C++/CX programming languages by Microsoft

LLVM

LLVM最初是指Low Level Virtual Machine，是类似但不同于jvm的一种虚拟机，现在来说，有很多理解方式，可以说LLVM是编译器的工具链的集合，Clang是使用LLVM的编译器；又或者说LLVM是一个优秀的编译器框架，它也采用经典的三段式设计

根据编译原理可以了解到，在GCC中前端和后端的分界并非明显，这就导致出现下面的情况，一种语言的前端对对应多个后端



而LLVM架构通过引入LLVM IR(Intermediate Representation)解决了这一问题，形成的LLVM架构如下图所示

clang/clang++

是LLVM项目中的一个子项目，是基于LLVM架构的轻量级编译器，属于整个LLVM架构中的编译器前端(由LLVM架构图可得知)

创造目的是为了替代GCC，提供更快的编译速度

make

make工具可以看成是一个智能的批处理工具，它本身并没有编译和链接的功能，而是用类似于批处理的方式—通过调用makefile文件中用户指定的命令利用gcc(或g++)来进行编译和链接。当程序只有一个源文件时，可以直接使用用gcc(或g++)命令进行编译。但当程序包含多个源文件时，逐文件去编译，编译顺序可能出现混乱同时工作量较大

cmake

makefile在一些简单的工程中可以人工书写，但当工程较大时，手写makefile较为麻烦，同时更换平台需要修改makefile,cmake工具可以根据CMakeLists.txt文件去生成makefile，过程如下图所示

构建流程

1.配置项目：cmake -S . -B build 或 ctrl + shift + p > cmake configure

2.构建项目：cmake --build build 或 ctrl + shift + p > cmake build

// cmake最低版本
cmake_minimum_required(VERSION 3.0.0)

// 工程文件名
project(experiment2 VERSION 0.1.0)

// 寻找第三方库
// c++包管理工具vcpkg(类似pip，使用时再查找)
find_package(库名称 REQUIRED(库是必须的，未安装则报错))

// 匹配所有源文件添加到变量SRC_FILES中
file(GLOB SRC_FILES
    "${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/*.h"
    "${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/*.cpp"
    "${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/*.cc"
    "${PROJECT_SOURCE_DIR}/src/*.c"
)

# 这里只是设置两个变量，并没有指定这个路径
set(INC_DIR  include目录路径) # 设置include路径变量
set(LINK_DIR 库目录路径) # 设置library路径变量

# 指定include和lib路径
include_directories(${INC_DIR})
link_directories(${LINK_DIR})

# 链接静态库，在下一步构建可执行文件之前
# 需要理解的是上一步只是指示了头文件和库的路径，程序还需要显示包含
# 头文件往往都是在程序中再include，lib可以在程序中指明，但一般是直接在这里写上，程序中就不再添加代码了
link_libraries(库名称)

# 构建可执行文件
# ${CMAKE_PROJECT_NAME}：被替换为project指定的名称
# ${SRC_FILES}：file命令找到的所有源文件
add_executable(${CMAKE_PROJECT_NAME} ${SRC_FILES})

# 链接动态库(Link)，需要在上一步构建可执行文件之后
target_link_libraries(${CMAKE_PROJECT_NAME} PRIVATE 库名称)

// 支持c++17
target_compile_features(${CMAKE_PROJECT_NAME} PRIVATE cxx_std_17)

// 自动化工作
// 需要使用再详细查找
add_custom_command(
  TARGET ${CMAKE_PROJECT_NAME}
  POST_BUILD
  COMMAND ${CMAKE_COMMAND} -E copy_directory
    "")

CMakeLists示例

此示例用于winPcap开发

cmake_minimum_required(VERSION 3.0.0)
project(experiment2 VERSION 0.1.0)

file(GLOB SRC_FILES
    "${PROJECT_SOURCE_DIR}/*.cpp"
)

set(INC_DIR  E:/useful/cmake_project/WpdPack/Include)
set(LINK_DIR E:/useful/cmake_project/WpdPack/Lib/x64)

include_directories(${INC_DIR})
link_directories(${LINK_DIR})

link_libraries(Packet wpcap)

add_executable(${CMAKE_PROJECT_NAME} ${SRC_FILES})

参考

• [1] GNU的发展史
• [2] GCC的gcc和g++区别
• [3] 编译器 cc、gcc、g++、CC 的区别
• [4] Linux环境中gcc和g++的区别详解
• [5] GCC、LLVM、Clang区别
• [6] 业界主流3大编译器
• [7] 区分gnu的gcc/g++, mingw/msvc, llvm的clang/clang++, make,cmake
• [8] LLVM架构(相关资料)
• [9] CMake入门

编译流程

以gcc为例

1. 预处理(预编译)：头文件包含，条件编译，宏替换，删除注释
2. 编译：词法，语法，语义分析，生成汇编代码
3. 汇编：将汇编语言转化为相应的机器语言(二进制目标文件)
4. 链接^[2]：将多个可重定位目标文件和标准库函数合并为可执行目标文件

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1. 关于驱动器的说法，目前只在gcc/g++链接选项一文中看到相关说法 ︎

2. 详细分析见程序编译的链接过程 ︎