C/C++八股文知识积累5—项目从构建到运行的流程

原创于 2025-12-01 18:06:16 发布 · 924 阅读

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#C++八股 #cmake #make #项目构建流程

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项目架构和配置

不同的项目架构不同，一般都会有不同命名的文件夹表示项目中不同代码的含义。这里可以着重注意两个文件，一个是build文件夹，一个是CMakeLists.txt文件夹。

build文件夹

存放构建过程中的临时文件（.o目标文件等）和最终产物（即可执行文件），一般将整个项目编译连接之后产生的文件（中间文件和最终产物）存放于此。它主要作用是和源码分离，保持源码干净。

CMakeLists.txt文件夹

这个文件涉及元构建系统/构建系统生成器 CMake。CMake并不直接编译代码，它读取CMakeLists.txt，检测环境（编译器版本、库路径），然后生成适合平台的构建文件（Linux下生成Makefile、Windows下生成Visual Sudio Solution，或者生成Ninja文件），包括定义项目名、定义生成文件类型和定义依赖关系。

构建自动化

根据构建文件（Makefile）（由cmake文件自动生成或者项目本身就有），Make或者Ninja自动构建整个项目。具体包括如下几个阶段：

预处理

处理所有以#开头的指令，包括将宏定义（#define）进行替换，处理条件编译（#ifdef,#endif），最重要的是将#include "header.h"的内容直接复制粘贴到.cpp文件中。

编译

运用编译器g++或者gcc等，将预处理后的C++代码翻译成汇编语言。可以加入指令，这时编译器核心部分，分析代码逻辑，进行循环展开，死代码消除、指令重拍等操作。最终产出.s汇编文件。

汇编

运用汇编器，将汇编语言翻译成机器能读懂的机器码，产出.o目标文件。此时.o文件中虽然包含机器码，但里面函数调用还是悬空。即.o文件内部不仅仅有机器码，还包含两张至关重要的表，符号表和重定位表。在实际汇编中，当汇编器遇到非本文件的函数调用时，由于其并不知道具体地址，所以他将此地址留空，并在重定位表中写下记录告知链接器在代码段什么地址处，需要用到什么函数的真实地址，待链接器填写。并维护以下两个表。

符号表。当前.o文件的“资产负债表”，即记录有什么函数，缺少什么函数。例如如下：

0000000000000000 T main             <-- T 表示 Text，我定义了 main 函数 (资产)
                 U add              <-- U 表示 Undefined，我用到了 add，但我不知道它在哪 (负债)
                 U printf           <-- U 表示 Undefined，我用到了 printf (负债)

重定位表。这是.o文件的补全指南，告诉链接器在什么地址用到了哪个函数，但本文件没有需要链接器填写。如下所示：

RELOCATION RECORDS FOR [.text]:
OFFSET           TYPE              VALUE
000000000000001a R_X86_64_PLT32    add-0x0000000000000004
0000000000000025 R_X86_64_PLT32    printf-0x0000000000000004

链接

将无数个.o目标文件和库文件组合成最终产品的过程。分为静态链接和动态链接：

静态链接.库文件.a(Linux)和.lib(Windows)。静态库本质就是一堆.o文件的压缩包，链接器会将代码中用到的函数或者部分直接拷贝到可执行文件中，这样函数地址在链接期就直接确定。优点是部署方便，不依赖外部环境。缺点是生成文件太大，如果库更新了，需要重新编译整个项目。
动态链接.库文件.so(Linux)和.dll(Windows)和.dylib(macOS)。链接器不拷贝代码，只在可执行文件中记录在哪个库文件中用到哪个函数，当程序启动时，操作系统会加载这些库文件，自动寻找所需部分填入可执行文件中，这样函数地址在运行或第一次调用时才确定。优点是节省磁盘和内存，库更新只需替换文件，无需重编程序。
符号解析.链接器扫描所有输入文件，建立全局符号表，确保每个函数还有一个定义、每个被调用函数都能找到定义。（全局符号表并不是一个单独的物理文件，而是在内存中的一种复杂数据结构）