不清楚链接与编译

Question

我知道存在许多解决同一问题的问题，但我一直无法找到一个可以回答我的问题的问题。我理解编译和链接之间的大区别，前者将每个源文件以目标文件的形式翻译成机器代码，而后者将这些目标文件“链接”在一起形成一个可执行文件。

但是，一旦我们将预处理投入到这种混合中，我就会感到困惑。我的理解是，如果我们导入另一个库，那么这个库的 all 本质上就是复制并粘贴到我们的代码中。因此，即使我们正在处理多个文件并在另一个文件中调用，内容是否仍被转储到另一个文件中？如果是这种情况（我确信这是不正确的，并且我在某处有误解）为什么链接甚至是必要的？我们不是已经在处理一个巨大的聚合源文件了吗？

Answer 1

预处理发生在编译之前。预处理器获取一个或多个 source 文件，并输出另一个 source 文件，然后对其进行编译。预处理器是一个文本到文本的转换器，它与链接无关。

从概念上讲，可以使用预处理器将所有内容转储到一个源文件中，然后直接将其编译为可执行文件，跳过生成目标文件并将它们链接在一起的阶段。然而，这在实践中会非常不方便。想象一个 100,000,000 行代码的程序（这包括所有标准库和所有平台库和所有第三方库）。您需要更改一行。你愿意再次编译所有 100,000,000 行吗？当你在那一行出错时，再做一次（一次又一次，一次又一次）？

一些 库完全作为头文件分发。它们不需要任何二进制文件，并且每次编译程序时都会与您的程序一起编译。但并不是所有的图书馆都是这样的。有些太大而无法每次编译。有些不是用 C 或 C++ 编写的（例如，它们需要一些汇编语言，或者可能是 Fortran）。有些不能作为源代码分发，因为供应商出于版权原因不愿意这样做。在所有这些情况下，解决方案是将库编译为目标文件，然后将这些目标文件与仅包含它们公开的函数和变量的接口（没有定义的声明）的标头一起分发。

您提到的<iostream> 是一个混合包。在大多数实现中，它既包含每次编译程序时编译的函数定义（模板和小型内联函数），也包含外部函数的声明，其定义由供应商编译并作为预编译库分发。

Answer 2

我的理解是，如果我们导入另一个库，那么所有这个库本质上都是复制并粘贴到我们的代码中。

这通常是不正确的。

在 C 和 C++ 中，#include 指令主要用于导入头文件，而不是所有库。头文件主要用于声明函数，有时是对象，而不定义它们。在通用语言中，头文件中的声明描述函数但不定义函数。

例如，这是一个声明：

double square(double x);

上面写着“square 是一个接受 double 参数并返回 double 值的函数”，但它不包含 square 的代码，也没有告诉我们 square 做了什么。 （另外，参数名称x 可以在声明中省略。）声明只是告诉我们调用函数需要什么：我们必须将double 值放在适当的位置以传递参数，然后我们调用例程，我们期望返回一个double 值。编译器无法根据该声明为函数生成汇编代码。

定义包含函数的代码：

double square(double x)
{
    return x*x;
}

在大多数库中，定义位于单独编译的源文件中。这些编译的结果可以以各种形式的“库”文件形式提供，例如.a、.so、.dylib 或其他文件。该库还提供了仅包含声明而不包含定义的头文件。

使用该库的程序使用#include 来包含头文件。这为编译器提供了调用库例程所需的信息，但它不会导入库的all。定义保持独立，编译到上面提到的其他文件中。要制作一个完整的程序，程序的普通对象模块必须与库的库文件相链接。