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C++ 程式設計

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編譯器

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一個 編譯器 是一個將用一種 計算機語言（原始碼）編寫的 計算機程式 翻譯成等效的用計算機的原生 機器語言 編寫的程式的程式。這個翻譯過程，包括幾個不同的步驟，被稱為 編譯。由於編譯器本身就是一個程式，用計算機語言編寫，所以這種情況似乎是一個悖論，類似於 先有雞還是先有蛋 的困境。編譯器可能不是用最終可編譯的語言建立的，而是用之前可用的語言或甚至用機器程式碼建立的。

編譯

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編譯器的 編譯 輸出是翻譯或 編譯 程式的結果。輸出中最重要的一部分儲存到一個名為 目標檔案 的檔案中，它包含將原始檔轉換為目標檔案的轉換。

注意
某些檔案可能需要建立/用於成功編譯。該資料不是 C++ 語言的一部分，可能是外部程式碼編譯的結果（例如庫）。這可能取決於您使用的特定編譯器（例如，MS Visual Studio 會為專案新增一些額外的檔案），在這種情況下，您應該檢視文件。該資料也可以是需要訪問的特定框架的一部分。請注意，這些構造中的某些構造可能會限制程式碼的可移植性。

然後，如果目標檔案是可執行格式，計算機可以執行（執行）該 編譯 程式的指令。但是，編譯還需要額外的步驟：預處理和連結。

編譯時

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定義編譯器在構建（建立）程式（可執行或不可執行）期間執行的時間和操作（即 編譯時操作）。C++ 語言中“static”的大多數用法與編譯時資訊直接相關。

編譯時執行的操作通常包括 詞法分析、語法分析、各種型別的 語義分析（例如，型別檢查、一些 型別轉換 和 模板例項化）以及 程式碼生成。

程式語言的定義將指定原始碼必須滿足的編譯時要求才能成功編譯。

編譯時發生在 連結時（將一個或多個編譯檔案的輸出連線在一起）和執行時（程式執行時）之前。在一些程式語言中，可能需要在執行時進行一些編譯和連結。

執行時

執行時 或 執行時間 從程式開始執行的那一刻開始，到程式退出時結束。在這個階段，編譯器無關緊要，沒有控制權。這是關於最佳化的最重要的位置（程式只編譯一次，但執行很多次）和除錯（跟蹤和互動只有在這個階段才能實現）。但執行時也是一些 型別轉換可能發生 的地方，執行時型別資訊 (RTTI) 與此相關。執行時的概念將在相關時再次提及。

詞法分析
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這也被稱為掃描或 標記化。它發生在語法分析之前，並將程式碼轉換為 標記，這些標記是程式實際使用的程式碼部分。原始碼以字元（排列在行上）的形式表達為每個保留關鍵字的特殊標記序列，以及資料型別和識別符號以及值的標記。詞法分析器是編譯器的一部分，它從原始碼中刪除空格和其他不可編譯字元。它使用空格來分隔不同的標記，並忽略空格。

為了簡單說明這個過程

int main()
{
    std::cout << "hello world" << std::endl;
    return 0;
}

根據使用的詞法規則，它可能被 標記化 為

1 = string "int"
2 = string "main"
3 = opening parenthesis
4 = closing parenthesis
5 = opening brace
6 = string "std"
7 = namespace operator
8 = string "cout"
9 = << operator
10 = string ""hello world""
11 = string "endl"
12 = semicolon
13 = string "return"
14 = number 0
15 = closing brace

因此，對於這個程式，詞法分析器可能會發送類似的東西

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 6 7 11 12 13 14 12 15

給下一個將要解析的語法分析器。當它可以處理數值並能夠區分語言語法（例如分號）和所有其他內容時，語法分析器更容易應用語言規則，並且知道每個事物的資料型別。

語法分析
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此步驟（有時也稱為語法檢查）確保程式碼有效，並將按順序組成可執行程式。語法分析器將規則應用於程式碼，檢查以確保每個左括號都有一個對應的右括號，每個宣告都有一個型別，以及該型別存在，以及……語法分析比詞法分析更復雜 =）。

例如

int main()
{
    std::cout << "hello world" << std::endl;
    return 0;
}
  • 語法分析器將首先檢視字串“int”，將其與定義的關鍵字進行比較，並發現它是一個整數型別。
  • 然後，分析器會將下一個標記視為識別符號，並檢查以確保它使用的是有效的識別符號名稱。
  • 然後它將檢視下一個標記。因為它是一個左括號，所以它將“main”視為一個函式，而不是一個變數宣告（如果它找到一個分號）或一個整數變數的初始化（如果它找到一個等號）。
  • 在左括號之後，它將找到一個右括號，這意味著該函式有 0 個引數。
  • 然後它會檢視下一個標記，發現它是一個左大括號，所以它會認為這是函式 main 的實現，而不是 main 的宣告（如果下一個標記是分號的話），即使在 C++ 中不能宣告 main。它可能還會建立一個計數器來跟蹤語句塊的級別，以確保括號成對出現。*之後它會檢視下一個標記，可能不會對其進行任何操作，但然後它會看到 :: 運算子，並檢查 "std" 是否是一個有效的 名稱空間。
  • 然後它會看到下一個標記 "cout" 作為 "std" 名稱空間 中識別符號的名稱，並發現它是一個模板。
  • 分析器會看到下一個標記 << 運算子，因此它會檢查 << 運算子是否可以與 cout 一起使用，以及下一個標記是否可以與 << 運算子一起使用。
  • 下一個標記 ""hello world"" 後面的標記也會發生同樣的事情。然後它會再次遇到 "std" 標記，檢視它後面的 :: 運算子標記，並檢查 名稱空間 是否再次存在，然後檢查 "endl" 是否在 名稱空間 中。
  • 然後它會看到分號，所以它會將其視為語句的結束。
  • 接下來它會看到關鍵字 return，然後期望下一個標記是一個整數值，因為 main 返回一個整數，它會找到 0，這是一個整數。
  • 然後下一個符號是分號，所以這是語句的結束。
  • 下一個標記是右大括號，所以這是函式的結束。並且沒有更多標記了，所以如果語法分析器沒有在程式碼中發現任何錯誤，它會將標記傳送給編譯器，以便程式可以被轉換為機器語言。

這只是語法分析的一個簡單檢視，真正的語法分析器並不真正以這種方式工作，但其思想是相同的。

以下是一些語法分析器會查詢的關鍵字，以確保您沒有將它們用作識別符號名稱，或者瞭解您正在定義的變數型別或正在使用的函式，這些函式包含在 C++ 語言中。

編譯速度

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有幾個因素決定了編譯的速度，例如

  • 硬體
    • 資源（慢速 CPU、記憶體不足，甚至慢速 HDD 都會有影響）
  • 軟體
    • 編譯器本身，新的總是更好，但可能取決於您希望專案移植到什麼程度。
    • 為程式選擇的方案（物件依賴結構、包含）也會起作用。

經驗表明，如果您遇到編譯速度慢的問題，您嘗試編譯的程式設計很差，花點時間構建自己的程式碼以最大程度地減少更改後的重新編譯。大型專案總是編譯速度更慢。使用預編譯標頭檔案和外部標頭檔案保護。我們將在本書的 最佳化 部分討論減少編譯時間的方法。

哪裡可以獲得編譯器

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在選擇編譯器時，您必須考慮您的系統作業系統、個人偏好以及您在使用它時可以獲得的文件。

如果您沒有、不想或不需要在機器上安裝編譯器，可以使用 http://ideone.com（或 http://codepad.org，但您需要更改程式碼以不需要互動式輸入）上的 WEB 免費編譯器。如果您需要，您總是可以在本地獲得一個。

有很多編譯器，甚至更多的 IDE 可用，有些是免費的和開源的。IDE 通常會將所需的編譯器包含在安裝中（GCC 是最常見的）。

GCC

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GCC 是最成熟、最相容的 C++ 編譯器之一，也稱為 GNU 編譯器集合。它是一套由自由軟體基金會開發的免費編譯器，理查德·斯托曼是主要架構師之一。

網際網路上有許多不同的預編譯 GCC 二進位制檔案；下面列出了一些流行的選擇（以及詳細的安裝步驟）。您可以在 GCC 網站上輕鬆找到有關如何在其他作業系統上執行此操作的資訊。

注意
編譯器通常是用 C 語言實現的（因為它通常是系統語言，在組合語言之上，新的系統會實現它）。GCC 最終在 2005 年 5 月底，獲得綠燈開始將核心程式碼庫遷移到 C++。考慮到這是最常用的編譯器，也是一個開源實現，對於編譯器和語言本身來說，這是一個非常積極的步驟。

IDE（整合開發環境）

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GTK2 下的圖形化 Vim

整合開發環境 是一種軟體開發系統，它通常將編輯器、編譯器和偵錯程式整合在一個一起分發的整合包中。有些 IDE 需要使用者自己進行元件整合，而另一些則將 IDE 稱為他們用於程式設計的一組獨立工具。

一個好的 IDE 是一個允許程式設計師使用它來抽象和加速一些更常見任務，同時在閱讀和管理程式碼方面提供一些幫助的 IDE。除了編譯器之外，C++ 標準對不同的實現沒有控制。大多數 IDE 都是面向視覺的，尤其是新的 IDE，它們將提供圖形偵錯程式和其他視覺輔助工具，但有些人仍然喜歡像 Vim 或 Emacs 這樣的強大文字編輯器提供的視覺簡潔。

在選擇 IDE 時，請記住，您也在投入時間來精通它的使用。完整性、穩定性和跨作業系統的可移植性將非常重要。

對於 Microsoft Windows，您還有 Microsoft Visual Studio Community（最新版本 2019），目前可以免費獲得，並且包含大多數功能。它包含一個 C++ 編譯器，可以從命令列或提供的 IDE 中使用。

在本書的 附錄 B：外部參考 中，您將找到對可以使用的其他免費編譯器和 IDE 的引用。

在 Windows 上
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Cygwin

  1. 轉到 http://www.cygwin.com 並單擊頁面右上角的“立即安裝 Cygwin”按鈕。
  2. 在彈出的視窗中單擊“執行”，然後多次單擊“下一步”，接受所有預設設定。
  3. 當該視窗彈出時，選擇任何下載站點（“ftp.easynet.be”等）；按“下一步”，Cygwin 安裝程式應開始下載。
  4. 當“選擇包”窗口出現時，向下滾動到“Devel”標題，並單擊它旁邊的“+”。在現在顯示的包列表中，向下滾動並找到“gcc-c++”包；這是編譯器。單擊“跳過”一詞一次，它應該更改為類似“3.4”之類的數字（版本號），並且“gcc-core”以及現在將要下載的幾個其他必需包旁邊會出現一個“X”。
  5. 單擊“下一步”，編譯器以及 Cygwin 工具應開始下載；這可能需要一段時間。在等待的同時，轉到 http://www.crimsoneditor.com 並下載該免費程式設計師編輯器；它功能強大，但對於初學者來說易於使用。
  6. Cygwin 下載完成後，點選“下一步”等完成安裝，雙擊桌面上的 Cygwin 圖示啟動 Cygwin “命令提示符”。 您的主目錄將自動設定在 Cygwin 資料夾中，現在應該在“C:\cygwin”中（Cygwin 資料夾在某種程度上就像您 Windows 機器上的一個小 Unix/Linux 計算機——當然不是技術上，但把它想象成那樣可能會有所幫助）。
  7. 在 Cygwin 提示符下輸入“g++”並按“回車”； 如果出現“g++: no input files”或類似的資訊，則表示您已成功安裝了 gcc C++ 編譯器到您的計算機上（恭喜——您還剛剛收到您的第一個錯誤資訊！）。

MinGW + DevCpp-IDE

  1. 前往 http://www.bloodshed.net/devcpp.html ，（嚴重過時，上次更新於 2005 年）（http://orwelldevcpp.blogspot.com/） (Updated Branch project) 選擇您想要的版本（最終向下滾動），然後點選相應的下載連結！ 對於最新版本，您將被重定向到 http://www.bloodshed.net/dev/devcpp.html
  2. 向下滾動以閱讀許可證，然後到下載連結。 下載包含 Mingw/GCC 的版本。 它比自己組裝要容易得多。 經過短暫的延遲（只有幾天），您將始終獲得與 devcpp IDE 打包的最新版本的 MinGW。 它與手動下載所需模組完全相同。
  3. 您將獲得一個可執行檔案，可以在任何 WinNT 版本的使用者級別下執行。 但是，如果您希望將其設定為所有使用者，則需要管理員許可權。 它將安裝 devcpp 和 mingw 到您想要的資料夾中。
  4. 啟動 IDE 並體驗您的第一個專案！
    您會發現它與 MSVC 大致相似，包括選單和按鈕放置。 當然，如果您熟悉前者，許多方面會有所不同，但只需點選幾下即可讓您的第一個程式執行。
對於 DOS
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DJGPP

  • 前往 Delorie 軟體 並下載 GNU C++ 編譯器和其他必要的工具。 該網站提供了一個 Zip Picker，以幫助您確定需要哪些檔案，該檔案可在主頁面上獲得。
  • 使用 unzip32 或其他提取工具將檔案放置到您選擇的目錄中（例如 C:\DJGPP）。
  • 設定環境變數以配置 DJGPP 進行編譯，方法是將行新增到 autoexec.bat 或自定義批處理檔案中
    set PATH=C:\DJGPP\BIN;%PATH%
    set DJGPP=C:\DJGPP\DJGPP.ENV
  • 如果您執行的是 MS-DOS 或 Windows 3.1，則需要在 config.sys 中新增幾行，如果它們不存在。
    shell=c:\dos\command.com c:\dos /e:2048 /p
    files=40
    fcbs=40,0

注意： DJGPP 下的 GNU C++ 編譯器名為 gpp。

對於 Linux
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  • 對於 Gentoo，GCC C++ 是系統核心的一部分（因為 Gentoo 中的所有內容都是編譯的）
  • 對於 Redhat，獲取一個 gcc-c++ RPM，例如使用 Rpmfind，然後使用以下命令安裝（作為 root）：rpm -ivh gcc-c++-version-release.arch.rpm
  • 對於 Fedora，使用以下命令安裝 GCC C++ 編譯器（作為 root）：dnf install gcc-c++
  • 對於 Mandrake，使用以下命令安裝 GCC C++ 編譯器（作為 root）：urpmi gcc-c++
  • 對於 Debian，使用以下命令安裝 GCC C++ 編譯器（作為 root）：apt-get install g++
  • 對於 Ubuntu，使用以下命令安裝 GCC C++ 編譯器：sudo apt-get install g++
  • 對於 openSUSE，使用以下命令安裝 GCC C++ 編譯器（作為 root）：zypper in gcc-c++
  • 如果您無法成為 root 使用者，請從 [1] 獲取 tarball 並按照其中的說明在您的主目錄中編譯和安裝。
對於 Mac OS X
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Xcode（Apple 的 OSX 和 iOS 的 IDE）v4.1 以上版本使用 Clang [2]，它是 GCC 編譯器的免費開源替代方案，與 GCC 大致相容（甚至使用相同的命令列引數）。 IDE 還捆綁了 GCC C++ 編譯器的舊版本。 它可以透過與 Linux 相同的方式從終端呼叫，但也可以在 XCode 的其中一個專案中進行編譯。

注意
Clang 不是 GCC 的唯一替代品，甚至不是唯一的免費替代品。 書籍的 外部連結部分 中包含了一些其他可能性。 Clang 已獲得越來越多的採用，因為它允許更好的程式碼最佳化和內部索引，從而支援 IDE 中更復雜的功能，例如程式碼補全、高亮顯示和其他程式設計師現在越來越依賴的現代功能。 這些在 GCC 上也是可能的，但需要構建和額外的工具，使其速度變慢。 雖然 GCC 仍然是免費開源 C++ 編譯器的預設標準，但 Clang 似乎正在勢頭越來越大。 可用於 Linux（Ubuntu）、FreeBSD、OSX 和 Windows（mingw）的二進位制檔案可以從 http://llvm.org/releases/download.html 下載。


Clipboard

待辦事項
涵蓋為什麼要儘可能避免編譯器擴充套件的章節（一頁），並用於彙總 C++ 程式設計師應對編譯器擴充套件所需的一些有用資訊。

取自 "https://wikibook.tw/w/index.php?title=C%2B%2B_Programming/Programming_Languages/C%2B%2B/Code/Compiler&oldid=4082823"
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