C++编译、链接和命名空间

一、编译预处理

C++程序编译的过程：预处理 -> 编译（优化、汇编）-> 链接

预处理指令主要有以下三种：

包含头文件：#include
宏定义：#define（定义宏）、#undef（删除宏）。
条件编译：#ifdef、#ifndef。

1）包含头文件

#include 包含头文件有两种方式：

#include <文件名>：直接从编译器自带的函数库目录中寻找文件。
#include "文件名"：先从自定义的目录中寻找文件，如果找不到，再从编译器自带的函数库目录中寻找。

#include也包含其它的文件，如：.h、.cpp或其它的文件。

C++98标准后的头文件：

C的标准库：老版本的有.h后缀；新版本没有.h的后缀，增加了字符c的前缀。例如：老版本是<stdio.h>，新版本是<cstdio>，新老版本库中的内容是一样的。在程序中，不指定std命名空间也能使用库中的内容。
C++的标准库：老版本的有.h后缀；新版本没有.h的后缀。例如：老版本是<iostream.h>，新版本是<iostream>，老版本已弃用，只能用新版本。在程序中，必须指定std命名空间才能使用库中的内容。

注意：用户自定义的头文件还是用.h为后缀。

2）宏定义指令

无参数的宏：

cpp 复制代码

#define 宏名 宏内容

有参数的宏：

cpp 复制代码

#define MAX(x,y) ((x)>(y) ? (x) : (y))   MAX(3,5) ((3)>(5) ? (3) : (5))

编译的时候，编译器把程序中的宏名用宏内容替换，是为宏展开（宏替换）。

宏可以只有宏名，没有宏内容。

在C++中，内联函数可代替有参数的宏，效果更好。

C++中常用的宏：

当前源代码文件名：
复制代码
```
__FILE__
```
当前源代码函数名：
复制代码
```
__FUNCTION__
```
当前源代码行号：
复制代码
```
__LINE__
```
编译的日期：
复制代码
```
__DATE__
```
编译的时间：
复制代码
```
__TIME__
```
编译的时间戳：
复制代码
```
__TIMESTAMP__
```
当用C++编译程序时，宏__cplusplus就会被定义。

3）条件编译

满足条件才会编译

最常用的两种：#ifdef、#ifndef if #define if not #define

cpp 复制代码

#ifdef 宏名
   程序段一
#else
   程序段二
#endif

含义：如果#ifdef后面的宏名已存在，则使用程序段一，否则使用程序段二。

4）解决头文件中代码重复包含的问题

在C/C++中，在使用预编译指令#include的时候，为了防止头文件被重复包含，有两种方式。

第一种：用#ifndef指令。

cpp 复制代码

#ifndef _GIRL_
  #define _GIRL_
  //代码内容。
#endif

第二种：把#pragma once指令放在文件的开头。

#ifndef方式受C/C++语言标准的支持，不受编译器的任何限制；而#pragma once方式有些编译器不支持。

#ifndef可以针对文件中的部分代码；而#pragma once只能针对整个文件。

#ifndef更加灵活，兼容性好；#pragma once操作简单，效率高。

二、编译和链接

1、源代码的组织

头文件（*.h）：#include头文件、函数的声明、结构体的声明、类的声明、模板的声明、内联函数、#define和const定义的常量等。

**源文件（*.cpp）：**函数的定义、类的定义、模板具体化的定义。

**主程序（main函数所在的程序）：**主程序负责实现框架和核心流程，把需要用到的头文件用#include包含进来。

2、编译预处理

预处理的包括以下方面：

1）处理#include头文件包含指令。

2）处理#ifdef #else #endif、#ifndef #else #endif条件编译指令。

3）处理#define宏定义。

4）为代码添加行号、文件名和函数名。

5）删除注释。

6）保留部分#pragma编译指令（编译的时候会用到）。

3、编译

将预处理生成的文件，经过词法分析、语法分析、语义分析以及优化和汇编后，编译成若干个目标文件（二进制文件）。

4、链接

将编译后的目标文件，以及它们所需要的库文件链接在一起，形成一个体整。

5、更多细节

1）分开编译的好处：每次只编译修改过的源文件，然后再链接，效率最高。

2）编译单个*.cpp文件的时候，必须要让编译器知道名称的存在，否则会出现找不到标识符的错误。（直接和间接包含头文件都可以）

3）编译单个*.cpp文件的时候，编译器只需要知道名称的存在，不会把它们的定义一起编译。

4）如果函数和类的定义不存在，编译不会报错，但链接会出现无法解析的外部命令。（C++编译的时候，只检查名称是否合法，u检查名称的定义即实体是否存在，链接的时候才会寻找名称的定义，如果找不到就报错了）

5）链接的时候，变量、函数和类的定义只能有一个，否则会出现重定义的错误。（如果把变量、函数和类的定义放在*.h文件中，* .h会被多次包含，链接前可能存在多个副本；如果放在*.cpp文件中，*.cpp文件不会被包含，只会被编译一次，链接前只存在一个版本）

6）把变量、函数和类的定义放在*.h中是不规范的做法，如果*.h被多个*.cpp包含，会出现重定义。

7）用#include包含*.cpp也是不规范的做法，原理同上。

8）尽可能不使用全局变量，如果一定要用，要在*.h文件中声明（需要加extern关键字），在*.cpp文件中定义。

9）全局的const常量在头文件中定义（const常量仅在单个文件内有效）。

10）.h文件重复包含的处理方法只对单个的.cpp文件有效，不是整个项目。

11）函数模板和类模板的声明和定义可以分开书写，但它们的定义并不是真实的定义，只能放在*.h文件中；函数模板和类模板的具体化版本的代码是真实的定义，所以放在* .cpp文件中。

12）Linux下C++编译和链接的原理与VS一样。

三、命名空间

在实际开发中，较大型的项目会使用大量的全局名字，如类、函数、模板、变量等，很容易出现名字冲突的情况。

命名空间分割了全局空间，每个命名空间是一个作用域，防止名字冲突。

1、语法

创建命名空间：

cpp 复制代码

namespace 命名空间的名字
{
    // 类、函数、模板、变量的声明和定义。
}

创建命名空间的别名：

namespace 别名=原名;

2、使用命名空间

在同一命名空间内的名字可以直接访问，该命名空间之外的代码则必须明确指出命名空间。

1）运算符::

语法：命名空间::名字

简单明了，且不会造成任何冲突，但使用起来比较繁琐。

2）using声明

语法：using 命名空间::名字

用using声明名后，就可以进行直接使用名称。

如果该声明区域有相同的名字，则会报错。

3）using编译指令

语法：using namespace命名空间

using编译指令将使整个命名空间中的名字可用。如果声明区域有相同的名字，局部版本将隐藏命名空间中的名字，不过，可以使用域名解析符使用命名空间中的名称。

3、注意事项

1）命名空间是全局的，可以分布在多个文件中。

2）命名空间可以嵌套。

3）在命名空间中声明全局变量，源文件中定义，头文件中声明；而不是使用外部全局变量和静态变量。

4）对于using声明，首选将其作用域设置为局部而不是全局。

5）不要在头文件中使用using编译指令，如果非要使用，应将它放在所有的#include之后。

6）匿名的命名空间，从创建的位置到文件结束有效。

四、C++类型转换-static_cast

C风格的类型转换很容易理解：

语法：(目标类型)表达式或目标类型(表达式);

C++认为C风格的类型转换过于松散，可能会带来隐患，不够安全。

C++推出了新的类型转换来替代C风格的类型转换，采用更严格的语法检查，降低使用风险。

C++新增了四个关键字static_cast、const_cast、reinterpret_cast和dynamic_cast，用于支持C++风格的类型转换。

C++的类型转换只是语法上的解释，本质上与C风格的类型转换没什么不同，C语言做不到事情的C++也做不到。

语法：

cpp 复制代码

static_cast<目标类型>(表达式);         //用最多
const_cast<目标类型>(表达式);
reinterpret_cast<目标类型>(表达式);
dynamic_cast<目标类型>(表达式);