0.5 – Введение в компилятор, компоновщик (линкер) и библиотеки
Продолжим обсуждение диаграммы из предыдущей статьи «0.4 – Введение в разработку на C++»:
Обсудим шаги 4–7.
Шаг 4. Компиляция исходного кода
Чтобы скомпилировать программу на C++, мы используем компилятор C++, который последовательно просматривает каждый файл исходного кода (.cpp) в вашей программе и выполняет две важные задачи:
Сначала он проверяет ваш код, чтобы убедиться, что он соответствует правилам языка C++. В противном случае компилятор выдаст вам ошибку (и номер соответствующей строки), чтобы помочь точно определить, что нужно исправить. Процесс компиляции будет прерван, пока ошибка не будет исправлена.
Во-вторых, он переводит исходный код C++ в файл машинного кода, называемый объектным файлом. Объектные файлы обычно имеют имена name.o или name.obj, где name совпадает с именем файла .cpp, из которого он был создан.
Если бы в вашей программе было бы 3 файла .cpp, компилятор сгенерировал бы 3 объектных файла:
Компиляторы C++ доступны для многих операционных систем. Мы скоро обсудим установку компилятора, поэтому сейчас нет необходимости останавливаться на этом.
Шаг 5. Компоновка (линковка) объектных файлов и библиотек
После того, как компилятор создал один или несколько объектных файлов, включается другая программа, называемая компоновщиком (линкером). Работа компоновщика состоит из трех частей:
Во-первых, взять все объектные файлы, сгенерированные компилятором, и объединить их в единую исполняемую программу.
Во-вторых, помимо возможности связывать объектные файлы, компоновщик (линкер) также может связывать файлы библиотек. Файл библиотеки – это набор предварительно скомпилированного кода, который был «упакован» для повторного использования в других программах.
Ядро языка C++ на самом деле довольно небольшое и лаконичное (и вы узнаете многое о нем в последующих статьях). Однако C++ также поставляется с обширной библиотекой, называемой стандартной библиотекой C++ (обычно сокращенно «стандартная библиотека», или STL), которая предоставляет дополнительные функции, которые вы можете использовать в своих программах. Одна из наиболее часто используемых частей стандартной библиотеки C++ – это библиотека iostream, которая содержит функции для печати текста на мониторе и получения от пользователя ввода с клавиатуры. Почти каждая написанная программа на C++ в той или иной форме использует стандартную библиотеку, поэтому она часто подключается к вашим программам. Большинство компоновщиков автоматически подключают стандартную библиотеку, как только вы используете какую-либо ее часть, так что, как правило, вам не о чем беспокоиться.
Вы также можете при желании выполнить линковку с другими библиотеками. Например, если вы собрались написать программу, которая воспроизводит звук, вы, вероятно, не захотите писать свой собственный код для чтения звуковых файлов с диска, проверки их правильности или выяснения, как маршрутизировать звуковые данные к операционной системе или оборудованию для воспроизведения через динамик – это потребует много работы! Вместо этого вы, вероятно, загрузили бы библиотеку, которая уже знала, как это сделать, и использовали бы ее. О том, как связывать библиотеки (и создавать свои собственные!), мы поговорим в приложении.
В-третьих, компоновщик обеспечивает правильное разрешение всех межфайловых зависимостей. Например, если вы определяете что-то в одном файле .cpp, а затем используете это в другом файле .cpp, компоновщик соединит их вместе. Если компоновщик не может связать ссылку с чем-то с ее определением, вы получите ошибку компоновщика, и процесс линковки будет прерван.
Как только компоновщик завершит линковку всех объектных файлов и библиотек (при условии, что всё идет хорошо), вы получите исполняемый файл, который затем можно будет запустить!
Для продвинутых читателей
Для сложных проектов в некоторых средах разработки используется make-файл (makefile), который представляет собой файл, описывающий, как собрать программу (например, какие файлы компилировать и связывать, или обрабатывать какими-либо другими способами). О том, как писать и поддерживать make-файлы, написаны целые книги, и они могут быть невероятно мощным инструментом. Однако, поскольку make-файлы не являются частью ядра языка C++, и вам не нужно их использовать для продолжения изучения, мы не будем обсуждать их в рамках данной серии статей.
Шаги 6 и 7. Тестирование и отладка
Это самое интересное (надеюсь)! Вы можете запустить исполняемый файл и посмотреть, выдаст ли он ожидаемый результат!
Если ваша программа работает, но работает некорректно, то пора немного ее отладить, чтобы выяснить, что не так. Мы обсудим, как тестировать ваши программы и как их отлаживать, более подробно в ближайшее время.
Интегрированные среды разработки (IDE)
Обратите внимание, что шаги 3, 4, 5 и 7 включают в себя использование программного обеспечения (редактор, компилятор, компоновщик, отладчик). Хотя для каждого из этих действий вы можете использовать отдельные программы, программный пакет, известный как интегрированная среда разработки (IDE), объединяет все эти функции вместе. Мы обсудим IDE и установим одну из них в следующем разделе.