C++编译汇编八股总结

汇编的四个阶段？

预编译（预处理）：

• 预编译是源代码在编译之前进行的一些处理，主要包括宏定义展开、条件编译指令处理和头文件展开等。

编译：

• 编译器根据源代码的语法和语义规则，将源代码进行词法分析、语法分析、语义分析、优化等一系列处理，最终生成相应的汇编代码。
• 在这个过程中，编译器会对源代码进行错误检查，发现语法、语义等错误并提示。

汇编：

• 汇编是将编译过程产生的汇编代码转换为是机器代码的过程。
• 机器代码是计算机可以直接理解和执行的二进制指令。
• 汇编过程中，汇编器还会计算各种地址和指针值，生成静态数据等信息，以便在链接过程中使用。

链接：

• 链接是将一个或多个目标文件合并为一个可执行文件的过程。
• 符号解析：在多个目标文件和库文件中查找并匹配未定义的如函数、变量等，并将它们关联到正确的定义。
• 链接过程可以分为静态链接和动态链接两种。
• 最终，链接器会生成一个包含了所有必要代码和数据的可执行文件，可以在目标计算机上运行。

 静态库和动态库？

区别

文件格式

• 静态库：通常以 .lib（Windows）或 .a（Linux/UNIX）为扩展名。
• 动态库：通常以 .dll（Windows）或 .so（Linux/UNIX）为扩展名。

链接方式

静态库

• ​编译过程：

  1.  编译器将源代码编译为目标文件（.o 或 .obj）。
  2. 静态库（.a 或 .lib）通过静态链接器（如 ar 或 link.exe）打包多个目标文件。
  3. 程序编译时，静态库中的代码被直接复制到最终的可执行文件中。 

动态库

• 编译过程：

1. 动态库编译为独立的二进制文件（如 .dll 或 .so）。
2. 程序编译时仅记录对动态库的引用（如函数名、符号表）。
3. 程序运行时，操作系统动态加载库到内存中。

程序加载时间

• 静态库：因为所有库代码都已链接到可执行文件，程序加载时间相对较短。
• 动态库：程序在运行时需要加载和链接动态库，这可能导致程序启动时间稍长。

如何生成静态库和动态库？

生成静态库 (.a 文件)

首先，使用 -c 标志将源文件编译为目标文件（.o 文件）：

g++ -c -o example.o example.cpp

然后，使用 ar 命令将目标文件打包为静态库：

ar rcs libexample.a example.o

现在已经创建了名为 libexample.a 的静态库。

生成动态库 (.so 文件)

编译源文件时，添加 -fPIC 标志来生成位置无关代码：

g++ -c -fPIC -o example.o example.cpp

使用 -shared 标志将目标文件链接为动态库：

g++ -shared -o libexample.so example.o

现在已经创建了名为 libexample.so 的动态库。

 静态链接和动态链接的区别？

静态链接

• 在编译阶段，静态库（.a 或 .lib文件）中的目标代码被直接链接到最终的可执行文件中。因此，所有程序需要的库代码都包含在最终的二进制文件中。
• 当程序运行时，不需要额外的库文件。
• 静态链接的优点程序运行时的性能提升（因为不需要动态库的加载和解析）。
• 静态链接的缺点包括更大的可执行文件大小（因为包含了所有库代码）和更新库文件时需要重新编译程序。

动态链接

• 在编译阶段，程序与动态库（.so 或 .dll文件）建立引用关系。程序在运行时动态地加载和链接这些库文件。
• 当程序运行时，需要确保动态库文件在系统的库搜索路径中。否则，程序将无法启动，因为找不到所需的库。
• 动态链接的优点包括更小的可执行文件大小，以及多个程序可以共享相同的库文件，从而节省内存和磁盘空间。此外，更新库文件时无需重新编译程序，只需替换库文件即可。
• 动态链接的缺点程序运行时性能可能较低（因为需要加载和链接动态库）。

编译期间，为什么我们要为头文件添加保护？

为了防止头文件被多次包含（include）和重复定义，避免编译错误和冗余编译。

#ifndef MY_HEADER_H
#define MY_HEADER_H

// 头文件内容

#endif // MY_HEADER_H

• 预处理器检查是否已经定义了名为 MY_HEADER_H 的宏（即 #ifndef MY_HEADER_H）。
• 如果该宏尚未定义，预处理器会定义它（即 #define MY_HEADER_H），然后包含头文件的内容。这样，头文件内容在本次编译中只会被包含一次。
• 如果该宏已经定义，说明头文件已经被包含过，预处理器会跳过整个头文件内容，避免重复包含和定义。

什么是宏？宏的优缺点是什么？

        宏（Macro）是C和C++编程语言中的一种预处理器指令，允许在编译前定义和替换文本和代码。宏通过预处理器（preprocessor）进行文本替换，只是简单的文本替换。宏的定义通常使用 #define 指令，可以用于定义常量、简单的函数等。

宏的优点

• 提高代码重用性：宏允许定义一段代码或文本，然后在多个地方使用。这有助于减少重复代码和提高代码可维护性。
• 提高性能：宏在编译阶段进行替换，因此可以避免函数调用带来的性能开销。

宏的缺点

• 命名冲突：宏的命名空间是全局的，这可能导致命名冲突。如果在不同的头文件或源文件中定义了相同名称的宏，可能会引发意外的替换和编译错误。

• 类型不安全：宏没有类型检查，这可能导致类型错误。由于宏只是文本替换，因此在替换过程中可能会产生错误的类型组合，导致运行时错误或未定义行为。

内联函数和宏定义的区别？

内联函数

• 内联函数是一种在编译时展开的函数，使用关键字 inline 进行声明。
• 内联函数具有类型检查，能确保参数和返回值类型的正确性。
• 内联函数遵循正常的作用域规则和访问控制。
• 内联inline只是一种建议，编译器也可能不采用内联还是使用函数调用的方式。

宏定义

• 宏定义是预处理器的一部分，使用 #define 指令定义。
• 宏定义没有类型检查，可能导致类型错误或未定义行为。
• 宏定义不遵循正常的作用域规则和访问控制，它们是全局的。
• 宏定义总是在编译阶段进行文本替换，因此没有函数调用的开销

C++中的extern "C"是什么意思？为什么要用它？

概念

extern "C"是一个链接指定符，用于告诉C++编译器在链接时如何处理被声明的函数或变量。它的主要目的是实现C和C++之间的互操作性。

解释

        C++支持函数重载，可以在同一个作用域内使用相同的函数名，但参数列表不同。为了支持这个特性，C++编译器在生成目标代码时会对函数名进行名字修饰，以便在链接时区分具有相同名称的不同函数。

        然而，C编译器并不支持函数重载，也不对函数名进行名字修饰（name mangling）。因此，当试图在C++中调用C函数或在C代码中调用C++函数时，可能会出现链接错误，因为链接器找不到正确的符号。

        为了解决这个问题，可以使用extern "C"。当在C++代码中使用extern "C"声明一个函数或变量时，C++编译器会禁用名字修饰，使得函数或变量的名字与C编译器生成的名字相同。这样，在链接时就可以正确地找到符号，实现C和C++之间的互操作性。

C++编译器如何处理函数重载？

C++编译器处理函数重载的过程主要包括两个阶段：重载解析（Overload Resolution）和名字修饰（Name Mangling）。

• 重载解析（Overload Resolution）： 当在同一作用域内存在多个同名函数时，编译器需要根据调用点的参数类型和数量来确定调用哪个函数。
• 名字修饰（Name Mangling）： 重载解析确定了要调用哪个函数之后，编译器需要为这些重载函数生成独特的二进制符号名。

编译错误与运行时错误的区别？

编译错误是在编译阶段发生的错误。编译器会将程序员编写的源代码转换为汇编代码。

• 编译错误通常是由于程序员的失误，比如语法错误、类型不匹配、未定义的变量或函数等。
• 运行时错误是在程序执行阶段发生的错误。运行时错误通常是由于程序的逻辑错误、资源限制或外部输入导致的。常见错误除以零、数组越界、空指针解引用、内存泄漏等。