链接阶段的#include 指令答案

【问题标题】：the #include directive during the linking stage链接阶段的#include 指令
【发布时间】：2020-03-06 08:17:53
【问题描述】：

头文件通常使用#ifndef 指令（或类似指令）进行一些安全防护，例如：

//header.hpp
#ifndef HEADER
#define HEADER
//code
#endif

但是，我有一个困惑，如果我们执行以下操作（考虑两个文件的源代码）：

//file1.cpp
#include "header.hpp"
//somecode

和文件

//file2.cpp
#include "header.hpp"
//somecode

如果我们这样做：

g++ file1.cpp file2.cpp -o mainfile

我们将获得一个可执行文件，该可执行文件将获得一个没有重复的可执行文件，因为在编译时检查了包含。

但是，如果我们这样做：

g++ -c file1.cpp -o file1.o
g++ -c file2.cpp -o file2.o
g++ 文件1.o 文件2.o -o 主文件.o

在链接阶段会发生什么？包含有冲突吗？在编译期间包含会发生什么？它会重复吗？在这个阶段处理这个问题的底层机制是什么？

【问题讨论】：

#include 与链接无关。或者编译。它由预处理器完成。
在链接阶段没有什么特别的事情发生。如果手动将标头的内容复制到源文件中，结果是一样的。
@mathmaniage 再次，指令仅在预处理器阶段处理，这发生在编译器阶段之前，发生在链接器阶段之前。链接器没有指令的概念，它只看到编译器产生的代码，而编译器又只看到预处理器在执行宏替换后产生的代码。给定您的示例，编译器将生成包含相同符号的多个目标文件，然后链接器将丢弃重复项，或者如果它们彼此不兼容，则会出错。
@mathmaniage 通常是后者，但现在编译器和链接器做了很多聪明的事情。你真的不需要关心，至少在你的水平上。
@mathmaniage "你的水平" = "初学者水平"。

标签： c++ linker

【解决方案1】：

通常头文件只包含函数和变量声明，而不包含它们的定义。它是由链接阶段处理的定义，因此可以在不同的源文件中多次包含标头，而链接器将看不到任何内容。如果头文件中有全局函数或变量定义，则会出现链接器错误。

【讨论】：

【解决方案2】：

这里的正式术语是“翻译单元”。这就是您所说的单个 .cpp 文件，其中包含所有标头。预处理器定义不跨越翻译单元，这里有两个翻译单元。链接过程是组合翻译单元的过程，但在那个阶段，预处理器已经完成了很长时间。

【讨论】：

【解决方案3】：

两者完全相同。 Guard 不会转到下一个文件。每个文件都使用新的#define - state 编译。

【讨论】：

【解决方案4】：

#include 实际上是一个预处理器指令，这意味着它们在编译之前被解析。预处理器分别处理每个翻译单元，两个翻译单元互不影响。此步骤的结果不包含任何预处理器语句（如#include、#ifdef、#define 等）。

所以经过预处理后，file1.cpp 和file2.cpp 这两个文件都包含header.hpp 的内容。然后两者都编译为file1.o 和file2.o。到目前为止没有问题。这就是包含警卫的重要性。如果翻译单元包含重复声明，编译将失败。

假设你有一个header1.hpp：

#include "header.hpp"

class ABC { ... };

还有header2.hpp:

#include "header.hpp"

class XYZ { ... };

有些文件，比如file3.cpp 会同时依赖这两者：

#include "header1.hpp"
#include "header2.hpp"

class Foo : pulbic ABC, public XYZ {};

如果没有包含保护，你会以包含 header.hpp 两次结束，并在翻译单元中两次获取所有声明，这不会编译。（我们仅在此处查看file3.cpp）。使用包含守卫header.hpp 仅包含一次。

现在我们终于到了链接阶段，回到你原来的例子。您有 2 个编译单元，它们都包含来自header.hpp 的所有声明。链接器不会关心重复声明。链接器只有在找到一个符号的多个定义时才会失败。

#includes 在链接阶段没有被“检查”或“忽略”，它们根本不再存在。

【讨论】：