为什么简单 C++ 源文件的预处理文件包含数千行代码？

Question

我正在学习 C++。我对 C++ 编译过程有所了解，编译过程的第一步是预处理。我很好奇预处理后源文件会发生什么，所以我用 C++ 编写了几行代码。这是我的代码：

#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

#define PI 3.1416
int main()
{
    cout << "Hello World\n";
    cout << "The value of PI is: " << PI << '\n'; 
}

不超过十行代码。

我使用这个编译器标志g++ -E main.cpp > main.p，所以预处理文件是main.p。 预处理后的文件main.p包含28634行代码。

main.p 的前 15 行如下所示：

# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<command-line>" 2
# 1 "main.cpp"
# 1 "/usr/include/c++/9/iostream" 1 3
# 36 "/usr/include/c++/9/iostream" 3
       
# 37 "/usr/include/c++/9/iostream" 3

# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/c++/9/bits/c++config.h" 1 3
# 252 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/c++/9/bits/c++config.h" 3

# 252 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/c++/9/bits/c++config.h" 3

最后 10 行 main.p 看起来像：

using std::cout;
using std::endl;


int main()
{
    cout << "Hello World\n";
    cout << "The value of PI is: " << 3.1416 << '\n';
}

为什么main.p 包含这么多行代码？我的假设（如果我错了请纠正我）是用于构建iostream 库的所有代码都包含在main.p 文件中，如果是这样，那么main.cpp 的二进制或可执行文件不是不必要的大吗？

Answer 1

您的假设是正确的：iostream 标头的全部内容都包含在预处理器输出中。这会传递地发生：iostream 包含的每个标头也被包含在内，依此类推。这基本上就是#include 的意思！

但是，这并不意味着您的可执行文件会很大：

• 标头通常只包含声明，不包含实现。声明不包含任何可执行代码。实际实现在共享库中。
• 标准库中的许多标头仅包含模板，在实例化之前不会发出任何代码。
• 标头中允许内联实现，但它们在调用站点中是内联的，因此只要您不调用它们，它们也不会被编译。

Answer 2

#include 指令将包含文件的内容粘贴到最终文件中以进行编译。对于 C++，单个包含可以从包含的文件中拖出许多其他包含，从而使生成的文件膨胀。

这正是 C++ 包含工作的方式。可执行文件大小将包含支持您的功能所需的代码，并且无法绕过它。