C++是如何工作的

1. 概述

写c++程序的基本工作流程是你有一些C++的源文件，然后将这些源文件给到编译器，编译器将其转变成二进制的东西，二进制的东西可能是某种库，或者是可执行的程序(.exe)。本篇以创建项目结合案例的方式讲述。

• 头文件(.h)
• 源文件(.cpp)
• 头文件预处理
• 编译器编译源文件生成目标文件
• 链接器链接生成的目标文件
• 生成可执行程序文件(.exe)或库

2. 工程创建

下面以创建工程为例

1. 创建一个helloworld工程

以vs2015为例，打开vs，新建项目工程

选择空项目，并给项目起一个名称，我这里起的是HelloWorld勾选为解决方案创建目录

创建好项目，项目的解决方案资源管理器树结构

可以进入到项目所在文件浏览器，观察生成的文件

vs解决方案资源管理器中有一个按钮，显示所有文件按钮

点击该按钮后，便可在项目根目录下创建src的目录

在src目录项创建一个main.cpp的源文件

创建好Main.cpp源文件，编写主入口程序（main函数）

2. main.cpp文件解析

• #include <iostream> 预处理语句

  #符号之后的语句，都是预处理语句

  编译器收到源文件后，一旦扫描到这些语句，就优先处理这些预处理语句。这也是为什么叫预处理了，因为他在实际编译发生之前就被处理了。

• include，表示需要找到一个文件，在这个例子中，需要找到叫iostream的文件，然后将该文件中的所有内容拷贝到现在的文件内。这些所包含的文件通常被称为"头文件"。这里之所以要包含iostream这个头文件，是因为我们在main函数中需要一个被调用的函数的声明：std::cout（可以让我们在终端上打印东西）

• main函数 程序入口

  main函数是程序的入口，当我们运行程序时，计算机就从这个函数开始执行代码，当程序还在运行，计算机会逐行执行我们的代码。当然，程序也可以中断或者改变执行的顺序。他们是控制语句或者是函数调用，但最主要的还是一行一行的执行。因此，我们的程序首先执行的是std::cout << "hello world!" << std::endl;这句，然后是std::cin.get();这句。运行完main中的所有东西，我们的程序结束了。

    这里需要注意的是，我们在main函数中并没有返回int值，虽有函数声明中有需要返回int值
    但是main函数比较特殊。如果我们没有指定返回值，它会默认返回0。
    这种情况只对main函数适用

• << 一种重载运算符

  这其实是一种重载运算符，可以把它理解成一个函数。将字符串hello world!推送到cout流中，然后打印到终端，然后推送一个行结束符std::endl，endl告诉终端跳到下一行。

• std::cin.get();

  等待我们按下enter键，在前往下一句代码之前等待。这个时候程序暂停执行，直到我们按下回车键后，程序继续运行下一行。这里已经没有下一行了，所以程序返回0，意味着代码执行完了。

到现在已经写完main.cpp源代码文件，我们怎么把它转换成可运行的二进制文件。

3. 预处理阶段

#include <iostream>这是预处理语句，编译器先处理这些语句。在这个例子中，编译器会将iostream文件中的内容全部包含进来，也就是拷贝粘贴内容到代码文件中。包含进来后，就可以使用std::cout和std::cin这些函数了。

4. 编译阶段

当预处理语句处理完了之后，我们的文件将被编译，这个阶段，编译器将所有c++代码转化为实际机器代码，这里有些非常重要的设置决定我们怎么转化代码。

1. vs一些配置简单介绍

这里来介绍下vs界面的一些配置

1. 解决方案配置和解决方案平台

可以看到vs中有两个重要的下拉菜单，分别是解决方案配置和解决方案平台，默认是debug和x86(win32)，这里特别说明一下，x86和win32是一个意思。

点击解决方案配置下拉选项，可以看到Debug和Release2个选项。所有vs项目都默认有这两个选项。

点击解决方案平台下拉选项，可以看到x64和x86两个选项。这些配置只是默认的。

    配置：只是构建项目的时候的一系列规则而已。
    解决方案平台：是指你编译的代码的目标平台
    x86:意思是指目标平台是windows 32位，也就是说会生成32位的windows应用程序，

其他复杂的项目的目标平台也不相同，你可能在下拉菜单中看到Android平台，如果你想构建、部署、调试android，如果你想改变到android目标平台，解决方案配置这里需要设置一系列针对目标平台的规则。

2. 项目属性配置

接下来看下解决方案配置规则，我们可以在工程中更改在解决方案资源管理器中选中项目，右键选择属性点击

可以看到项目的属性配置，这里定义的规则用来构建解决方案配置及解决方案平台。

首先需要注意的是配置和平台，要设置成你实际想要的配置和目标平台

你在设置release模式的话，对现在你用的debug模式没有任何影响，如果你忘记了这一点，你会奇怪为什么改了设置没起到一点作用。

这里调整到debug模式，平台这里是win32，

win32 等同于 x86 ，因为某些原因搞了不同的名字，但他们是一样的东西。

• 常规属性

包括目标平台版本（SDK版本），输出目录，中间目录等等。

项目默认值中比较重要的一个配置

配置类型 `英文对应Configuration type ：应用程序(.exe) 英文对应 application(.exe)。

编译器会生成二进制文件，如果我们希望生成可执行的二进制程序，就是设置为应用程序(.exe)

如果想做一个生成库文件的项目，可以修改这里配置，选择下拉选项中的其他的选项。

• c/c++编译器方面的设置

这里有很多重要的设置项，比如include目录设置，优化(optimization)设置，代码生成设置，预处理定义等等一些配置。

这些规则控制我们的文件如何被编译，你可以看到debug和release的区别。如进入优化配置页面，可以对比如下

这就是为什么默认的debug模式会更慢的原因，因为对比release模式很多优化都被关掉了，但是关掉优化的好处是让我们可以调试代码。

项目中每一个.cpp文件都会被编译，但头文件(.h)不会被编译，仅仅是cpp文件。
原因是之前说过的，头文件的内容在预处理是包含进来了。
cpp文件被编译的时候，包含进来的文件一起被编译了。
因此我们有了一堆将要被编译的cpp文件，分别被编译器编译，
每一个cpp文件都被编译成了一个object file（目标文件）。
如果使用的是vs，生成的目标文件后缀是`.obj`，
        
当我们有了这些cpp编译后生成的独立的obj文件后，我们需要把这些obj文件合并成一个执行文件，
实现这个就需要用到链接器（link）

• 可以看到vs中链接器的配置

基本上，链接就是将所有的obj文件，黏合到一起，把所有的obj文件合并成一个.exe文件

2. 编译文件

回到例子

首先，我们要编译这个文件

单独编译Main.cpp这个文件，可以使用快捷键ctrl+F7或选中文件鼠标右键选择编译。

   单文件编译(也叫生成)方式：
   1. ctrl + F7快捷键方式
   2. 选中文件，鼠标右键点击编译
   3. 工具栏中找到单文件编译按钮，点击编译

可以看到输出窗口显示main.cpp编译成功了

如果不想使用ctrl+F7或选中文件鼠标右键选择编译的方式，可以在工具栏中找到如下图标，点击也是编译单个文件。

如果你的vs工具栏中没有这个图标，可参考工具栏添加移除功能按钮。

如果我们搞点语法错误，例如，忘记写一个;

单独编译文件，看到输出信息将输出报错。

ps 如果你的vs没有错误列表(erro list)展示，可以依次按下ctrl \ e三个按键或在菜单栏中找到视图选项，点击错误列表

vs有很多不同的方法显示错误信息，一种是错误列表(error list)，另一种是输出(output)。 错误列表经常会缺失一些信息，所以不能绝对依赖错误列表，错误列表基本上就是分析输出(output)窗口，然后找到error这个单词，并抓取这部分信息展示出来，然后放到错误列表(error list)中，所以错误列表只能用来做参考，这只是个大概，如果需要细节，需要所有的出错信息，那就看输出窗口。

从输出窗口中，我们可以看到有一处语法错误，main.cpp文件的第10行缺失；在}的前面，我们双击这一行错误信息。它会跳转到你的代码出错的位置。

我们修复这个问题，加上缺失的;，重新编译ctrl + F7

现在我们已经编译了一个文件，当我们单独编译的时候，链接还没有发生，很明显我们单独编译一个文件，不会进行链接，然我们看看编译器编译后都生成了什么

选中解决方案中的项目右键打开项目所在目录

默认情况下，vs会输出构建文件到debug文件夹

进入debug文件夹

我们会看到Main.obj文件，这是我们的编译器生成的目标文件

对于项目中的每一个c++文件，编译器编译都会生成一个obj文件。

5. 链接阶段

回到vs

选择生成项目，这次就不是编译单个文件了，而是构建整个项目

如果你的输出窗口展示的信息量较少，想要展示更多内容，可参考输出窗口信息级别设置。

实际上你会看到生成了.exe文件，我们回到项目所在文件目录，在你的解决方案HelloWorld.sln目录下的debug目录

进入debug目录，可以看到我们生成的.exe文件

双击.exe文件，可以运行它并打印结果。

如果是多个c++文件

我们来看个简单的例子 我们对main函数做下改造，不在main函数中使用std::cout，用自己logging函数来包裹cout函数，因此，我们建立一个函数 这里的const char*表示一个包含字符串的类型

重新运行

可以看到可以运行，现在将这个Log函数放到另外一个文件中，我们不希望一个main文件包含所有东西，希望把我们的代码分到很多文件当中，这样可以保证代码干净整洁。

我们新建一个Log.cpp文件

将main.cpp文件中的Log函数剪切到Log.cpp文件中，需要加上iostream头文件

这时，我们生成Log.cpp单文件，可以看到会有一个报错

cout不是std的成员，这是编译器告诉我们他不知道cout是什么东西，原因是我们没有声明它，在c++中，任何符号都需要声明，cout在main.cpp中已经声明了，声明它的文件显然就是iostream，因此，我们要将iostream添加到Log.cpp文件的最上面。这样的话，我们就可以得到cout函数声明，让我们再次编译Log.cpp单文件，可以看到编译通过了。

回到main.cpp文件，编译main.cpp单文件，会看到找不到Log标识符。

所以，我们将一个函数移动到另一个文件，然后我们对每个文件进行单独的编译，main.cpp文件并不知道还有个叫Log的函数，因为不认识它，所以报错，我们可以通过调用声明来修复此错误。申明就像宣布有个叫log的函数是存在的，这就像是一个承诺，告诉编译器，这里有一个叫Log的函数，编译器只需要相信我们就好了，这对于编译器是个好事情，因为编译器并不关心这个函数是在哪定义的 这里有两个名词声明和定义，

声明：这个符号、这个函数是存在的，可以不写出函数体。
定义：这个函数到底是什么，是函数的函数体。

回到main.cpp，声明和实际的定义很相似。声明没有函数体

现在进行编译，可以看到编译通过了

所以，编译器是如何知道log函数会在另一文件中的呢，答案是我们做了声明告诉了编译器，那么它是怎么实际运行到正确的代码，这里就需要链接了，当我们构建整个工程时，不是单个文件，而是项目生成，直接F7或在解决方案的项目中右键生成，我们的所有文件都会被编译，链接器会找到正确的log函数的定义在哪里，将函数定义导入到log函数中，让我们在main.cpp中调用，如果我们找不到定义，将会出现链接错误。

接下来，我们看例子 我们将Log.cpp文件中Log函数改下名字改成Logr保存如下

回到main.cpp文件，我们单独编译main.cpp文件，ctrl+F7，可以看到编译通过了，因为我们声明了Log函数，编译器相信了，这是单文件编译，还没有到链接阶段。

然而我们构建整个项目，点击项目，右键生成

可以看到出现了链接错误

这个链接错误看上去有些吓人，因为有一些我们自定义函数的额外信息，例如，根据惯例会显示调用函数的系统内部命名。

其实也就是告诉我们，这个无法解析的外部函数log，他的返回值和参数是什么，相对于main.cpp文件来说。无法解析的外部符号是指，链接器无法解析这个符号。链接器的工作就是连接函数，但它找不到log函数连接到哪了，因为我们并没有一个叫做Log的函数定义，一个拥有函数体的Log函数。因此我们修复这个问题，要提供一个Log函数的定义，也就是需要为Log函数写函数体。Log函数的函数体不一定要在Log.cpp文件里，也可以在main.cpp文件里，也可以在其他地方。我们修复回来，提供Log函数定义。

然后再次构建项目，项目生成，可以看到编译通过了。

回到文件浏览器中，进入到项目里面生成的Debug目录，看到里面的目录会有2个.obj文件，因为编译器会为每一个源文件生成一个obj文件，链接器会将他们合并成一个.exe文件。在这个例子中，我们有Log的定义，在Log.obj文件里面。我们的main函数在main.obj里面，链接器从Log.obj文件中，拿出Log函数的定义，放入二进制文件中，也就是我们的helloworld.exe文件，包含Log和main的函数定义。

至此，这就是c++如何工作的最基本的东西。