Mac 下的 C++ 开发环境

1. Xcode 创建 C++ 项目

Xcode （版本 4.6.3）默认支持创建 C++ 项目，步骤很简单：
打开 Xcode，新建一个项目；
在 OS X 中的 Application 中选择 Command Line Tool；

然后，在接下来的项目设置中，将 Type 设置为 C++；

如果你不需要用到 ARC 的话，取消勾选（C++ 里用不到）；
这样，就在 Xcode 里创建了一个基本的 C++ 项目，Run ：

需要注意的是， Xcode 默认的 C++ 编译器是 Apple LLVM Compiler（4.6.3 的版本为 4.2）也就是 Clang，默认的 C++ 标准库为 libc++（Clang 提供的标准库），目前已经支持 C++ 11 （先前的 C++0x）标准。Xcode 同时也提供 LLVM GCC 编译器，其附带的 C++ 标准库为 libstdc++（GNU C++ 标准库）。在引入一些第三方库的时候，需要注意这些选择，如 OpenCV，可能就需要将标准库设置为 libstdc++。
IDE 由于集成了如文档、自动补全、可视化的环境配置等特性，很方便用于项目开发，但如果不用 IDE ，那怎样直接使用命令行编译 C++ 项目？很简单，直接使用编译器。

2. C++ 编译过程

在介绍编译器之前，先简单地说一下 C++ 的编译过程，以便理解编译器的工作。
编译（compiling）并不意味着只创建仅仅一个可执行文件。创建一个可执行文件是一个多级过程，其中最重要的过程是预处理（preprocessing），编译（compliation）和链接（linking）。从源代码文件到一个可执行文件的整个过程，最好的说法是 build（中文翻译的话，有叫生成，有叫编译链接，也有叫构建）。compiling 仅仅是 build 过程的一部分，但你经常会碰到许多人把 compile 指代整个过程。通常情况下，你不需要为这几个过程运行单独的命令，编译器自己会调用，如预处理器。

2.1 预处理

build 过程的第一步就是编译器运行 C 预处理器，目的是对代码文件进行文本上的处理。它会处理头文件包含指令（#include），条件编译指令（#ifdef……#endif）和宏（#define），这些指令叫做预处理指令，都以井字符 # 开头。编译器本身是绝对看不到这些预处理指令的。
比如：

#include <iostream>

这句代码会告诉预处理指令，要把 iostream 的文件内容抓去到当前文件，你每包含一个头文件，它就会把这个头文件的内容粘贴到这个文件中，然后把 #include 指令移除。

#define MY_NAME "Alex"

宏就是一个被其它内容（可能比较复杂）替换掉的字符串内容，此时预处理器会把下面的代码：

cout << "Hello" << MY_NAME << endl;

展开成：

cout << "Hello" << "Alex" << endl;

由于预处理器在编译器之前处理代码，它也可以用来移除代码——有时，你会要在代码里执行某些测试代码。你可以告诉预处理器，如果定义了某个宏，则包含某些代码。然后，如果你想执行这个代码，就定义这个宏，否则就移除掉这个宏的定义。

#include <iostream>

#define DEBUG

using namespace std;

int main()

{

int x;

int y;

cout << "Enter value for x: ";

cin >> x;

cout << "Enter value for y: ";

cin >> y;

x *= y;

#ifdef DEBUG

cout << "x: " << x << '\n' << "y: "<< y;

#endif

}

如果你不想执行变量的打印，那么只需简单注释掉 #define DEBUG 就行。
同样地，你也可以用 #ifndef 来改变条件——如果没有定义……这个方法通常用在引入多个头文件的时候。

2.2 编译

编译意味着把一个源文件（.cpp）转变成一个对象文件（object，.o 或 .obj）。
一个对象文件会把你程序里的每一个函数，封装成一个计算机处理器能理解的形式——机器指令（machine language instructions）。每一个源文件都是单独编译过的，即对象文件包含的机器代码都是编译过的源代码。比如，你有三个源文件，经过编译，生成了三个对象文件，每一个对象文件都包含了各自对应的机器代码。
但你还不能运行它们，这时候，就需要链接器了。

2.3 链接

链接（Linking），是把一堆对象文件和库（有时也可能仅仅是一个对象文件，但也需要链接）创建成一个单独的可执行文件（比如 .exe 或 .dll）。
链接器通过一种适当的格式创建一个可执行的文件，并传递每个独立的对象文件内容到一个可执行的结果。链接器也处理含有对象文件源代码之外的其它函数的引用，比如 C++ 标准库里的函数。当你调用了一个 C++ 标准库的函数，如 cout << “Hi”，你就在使用一个自己代码中没有定义的函数，它被定义在一个相关的对象文件中，但这是由编译器提供的，并不属于你。在编译时，编译器知道这个函数是有效的，因为你引出了 iostream 头文件，但由于这个函数不是 cpp 文件的一部分，编译器就会在调用树（call tree）留下一个存根（stub），链接器会遍历对象文件，针对每一个存根，它会找到正确的函数地址，然后从已链接过的其它对象文件中，用正确的地址替换掉对应的存根。
这个过程有时也叫做修正（fixup）。当你把你的程序分离成多个源文件时，你就会利用链接器来修正所有在源文件中调用过的函数。如果链接器找不到这个函数的位置，它就会生成一个 undefined function error，即便代码被编译器通过了，也不意味着代码是正确的。链接器是首先以全局的视角来探测这种错误的。

3. GCC 和 LLVM

Mac 下，如果你安装了 Xcode ，那么你就拥有了 LLVM 和 GCC 两大编译工具。
3.1 LLVM
LLVM，原来叫做「Low Level Virtual Machine」，该项目的领导者和最初作者是 Chris Lattner 和 Vikram Adve，在 2000年的开始于伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（University of Illinois at Urbana-Champaign），2005年，Apple 雇佣了 Chris Lattner，成立了一个团队专注于 LLVM 系统在 Apple 开发系统上的各种使用。LLVM 目前是 Apple 的 Mac OSX 和 iOS 的开发工具的重要部分。
LLVM 项目是一个综合项目（umbrella project），它包括了一系列开发工具相关的技术，如：
编译器，Clang，LLVM 原生的 C/C++/Objective-C 编译器，旨在提供一个快速的编译器
调试器，LLDB，在 LLVM 和 Clang 的基础上构建的一个调试器
JIT 系统，VMKit， Java 和 .NET 虚拟机的 LLVM 技术实现
优化器，DragonEgg，集成了 LLVM 的优化器和搭配 GCC 解析工具的代码产生器
……
3.2 GCC
GCC，全称为 GNU Complier Collection，GCC 是 GNU Project 的关键组成部分，是由自由软件之父 Richard Stallman 在 1983 年9月27日于麻省理工大学发起的，旨在给一切计算机用户提供自由、可控的计算环境，用户可以自由的运行、分享、学习以及修改软件，即自由软件。
GCC 最初叫做 GNU C Compiler ，只支持 C 语言的编译，1.0 之后开始支持 C++，再随后支持了 Objective-C，Objective-C++，Fortran，Java，Ada，Go等其他语言。
至于选择哪个作为首选，则看具体情况了。
GCC 历史悠久，支持较为广泛，且目前许多开源项目都是直接使用 GCC 作为编译器的。当然，Clang 同为开源项目，可以跨平台使用，而 Clang 相对 GCC 的优势：编译速度快：在某些平台上，Clang 的编译速度显著的快过 GCC。占用内存小：Clang 生成的 AST 所占用的内存是 GCC 的五分之一左右。模块化设计：Clang 采用基于库的模块化设计，易于 IDE 集成及其他用途的重用。诊断信息可读性强：在编译过程中，Clang 创建并保留了大量详细的元数据 (metadata)，有利于调试和错误报告。设计清晰简单，容易理解，易于扩展增强。与代码基础古老的 GCC 相比，学习曲线平缓。

Clang 下编译一个 C++ 代码：

GCC 下编译：

两者用法类似。gcc 和 clang 有类似的编译选项命令，通过这些命令我们可以做许多事情。比如：
GCC 和 Clang 通过相应的编译选项，可以看到 build 过程某些步骤：
-E，可以只执行预处理阶段，如：clang++ -E HelloWorld.cpp结果会打印出预处理后的代码，HelloWorld 只有 7 行，预处理过后却有几万行。
-S，执行到编译阶段：clang++ -S HelloWorld.cpp这个阶段，会生成一个对应名称的 .s 文件，里面包含了所谓的机器指令——汇编代码，HelloWorld.cpp 生成了 86 行汇编代码
-c，执行到编译后的阶段，生成对应名称的 .o 对象文件
关于这两个工具的选项，使用 man gcc 和 man clang 可以看到更多详细的介绍。