C/C++文件

C/C++程序文件包括 .h .c .hpp .cpp，其中源文件(.c .cpp)是基本的編譯單元，頭文件(.h .hpp)不會被編譯器編譯。

C/C++項目構建(build)過程，分為以下幾個步驟 預處理 → 編譯 → 鏈接。

預編譯

預編譯的過程可以理解為編譯器（實際上是預處理器，這里統稱為編譯器就可以了）在正式編譯之前處理C/C++文件中的預處理命令，即#開頭的代碼。

常用的幾個預處理命令如下：

#include ......

#ifdef ......?#else......#endif

#define ......

#pragma ......

舉個例子，下面是個很簡單的類定義：

MyClass.h

MyClass.cpp

預編譯完成后的樣子：

可以看到編譯器把.h文件替換到了.cpp文件中的#include 位置上，把DEFAULT_VALUE定義的值也替換到了相應的位置。

編譯

預編譯之后，編譯器會編譯每個源文件（.c .cpp），如果編譯成功，會生成對應的目標文件，Linux為.o文件，Windows平臺下為.obj文件。

以Linux平臺為例，上面的MyClass.cpp編譯完成后會生成MyClass.o文件

使用objdump可以看到目標文件MyClass.o的內容

編譯器會把MyClass::Fun()的名字改成_ZN7MyClass3FunEv，這個過程叫Mangle，由于C++支持重載，覆蓋等特性，所以編譯器必須把函數用一個唯一的標識表示。這個字符串就是編譯器生成的唯一標識。

這里還要單獨說一下頭文件，頭文件的既然不是編譯單元，那么它的作用是什么？

頭文件就是負責”聲明“，編譯器在編譯MyClass.cpp的時候，對于MyClass這個類以及Fun()這個成員函數，編譯器必須找到它的聲明，這個函數才能被正確編譯。

如果有其他cpp需要使用MyClass這個類的時候，也需要它的的聲明。例如

main.cpp

加上#include "MyClass.h" 編譯器在編譯main.cpp的時候才知道怎么編譯MyClass這個類。MyClass.h里聲明是不會真正被編譯到main.o中，.h文件中的內容在目標文件中只是以列表的形式存在，這個表在后面鏈接時會用到。

當然，頭文件不僅可以用來聲明，還可以定義（定義全局變量，全局函數等），在頭文件中的定義要小心，可能會引起鏈接錯誤。

鏈接

鏈接就是將一堆目標文件加靜態庫文件裝配成可執行文件的過程。（或者是裝配成靜態/動態庫的過程）

上面兩個cpp分別被編譯成了MyClass.o, 和main.o，我們要生成可執行程序的話，就必須經過鏈接的過程，把兩個目標文件合成一個可執行文件。

main.o中，main函數會構造MyClass, 并且調用Fun()函數，那么main就根據MyClass.h生成的表，找到MyClass.o中的函數，這個就是鏈接器要做的工作。

常見錯誤

構建c/c++工程的時候，最常見的就是兩種錯誤：

-- 編譯錯誤，在編譯過程中產生的錯誤，通常是語法錯誤，沒有聲明，重復聲明導致編譯目標文件錯誤

其中沒有聲明通常是由于沒有#include相應的頭文件，或者頭文件缺少相應的聲明。

而重復聲明通常是#include了相同的頭文件，比如 B.h 和 C.h 都包含 A.h，然后 main.h 包含了 B.h 和 C.h，這就導致A.h 在main中被包含了兩次。

解決這個問題的方法是可以在所有.h文件的第一行加上

#pragmaonce

或者，使用#ifndef ...?#define ... #endif 語句塊

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-- 鏈接錯誤，常見的錯誤也是兩種，沒有定義和重復定義，和上面的沒有聲明，重復聲明類似。（這里定義指的就是函數實現）

先討論沒有定義(undefined reference to xxx)

通常是因為函數有聲明，而且被使用了，但是沒有被定義。比如上面MyClass.cpp中，如果Fun()沒有被實現的話，MyClass.cpp和main.cpp編譯時都不會報錯，但是鏈接時會報告找不到Fun()。

當然，如果Fun()沒被main.cpp調用的話，即使不實現它，整個構建過程也不會出錯，因為鏈接器根本不會去找這個函數的定義。

然后是重復定義(multiple definition)

指的一份相同的定義在兩個目標文件中都存在，鏈接的時候鏈接器不知道時用哪個了。這種問題通常由于全局函數，和全局變量定義在了頭文件中。導致多個目標文件包含相同的全局函數和全局變量的定義。

解決方法就是在頭文件中聲明，定義放到cpp文件中，或者為定義加上const 或 static這樣的修飾符，鏈接時會對這些帶有const和修飾符的變量特殊處理的。

const只適用于定義常量變量，static定義的是靜態全局變量，只在當前cpp有效，所以鏈接它也不會被別的目標文件鏈接，就不會有重復定義的問題了。

總之在頭文件中定義變量和函數要特別主意，可能會導致鏈接錯誤。

當然也不是所有定義都不能放到頭文件中，比如剛才說的const常量，static全局變量就是例外，還有內聯函數，可以定義在.h文件中，因為內聯函數會被拷貝到每個目標文件中，也不會參與鏈接的過程。

還有模板類必須放在頭文件中定義，這個下面會討論這個。

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關于模板，靜態成員變量

模板類模板函數必須聲明和定義在頭文件中，原因是什么，舉個例子，假設MyClass是模板類

MyClass.h

MyClass.cpp

main.cpp

編譯的時候沒有問題，但是鏈接時會報錯，main.cpp找不到MyClass<int>::Fun()，如下圖

MyClass雖然定義了Fun函數，但是MyClass.o中存在MyClass<T>::Fun()，而根據MyClass.h文件，main.o中需要找到MyClass<int>::Fun()的定義

結果鏈接器哪都找不到，只好報錯了。（實際上通過objdump查看MyClass.o，編譯器都沒有生成MyClass<T>::Fun()，因為編譯器認為這個函數沒人使用，就直接優化掉了）

如果非得在cpp中定義模板類的成員函數呢，有一種方法就是要顯示的在cpp文件中聲明，比如

MyClass.cpp

加上下面這行就不會有問題了，但是缺點就是開發MyClass的程序員無從知道其他類是怎么使用這個模板的，不可能把所有可能的模板參數全都一一的列在這里。

所以模板類的定義還是要寫在.h文件中，

那么如果main.cpp使用到了MyClass<int>, 另外一個cpp也使用到了MyClass<int>，會不會產生重復代碼導致重復定義呢，不會，編譯器會處理好模板類的。

下面是靜態成員變量，為什么靜態成員變量的定義要放在cpp里，（模板類的靜態成員變量除外）

靜態成員變量和靜態全局成員變量不同。

靜態成員變量的作用域可以是整個工程，而靜態全局變量的作用域只是當前的cpp。所以靜態成員變量定義在.h中就會發生重定義錯誤。

希望對大家有幫助！

“我是一名從事了10年開發的老程序員，最近我花了一些時間整理關于C語言、C++，自己有做的材料的整合，一個完整的學習C語言、C++的路線和工具。如果感覺自學C/C++編程有困難的話可以湫湫掃下方二維碼。這里是編程愛好者的聚集地，歡迎初學和進階中的小伙伴。希望你也能憑自己的努力，成為下一個優秀的程序員。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的C/C++编程笔记：C/C++ 的编译和链接的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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