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与编译器相关的几个知识点

上节我们介绍了编译器和 IDE 的概念,大家肯定希望赶紧实践一下,用 IDE 真正地运行一段C语言代码来看看效果,这样能够更快地获得成就感。

但是,使用 IDE 的过程中会涉及到一些与编程有关的概念,这些概念如果不提前了解,即使能够运行出程序来,也是雾里看花,知其然不知其所以然。本节的目标就是让大家对这些概念有一个简单的了解。

1) 源文件(Source File)

在开发软件的过程中,我们需要将编写好的代码(Code)保存到一个文件中,这样代码才不会丢失,才能够被编译器找到,才能最终变成可执行文件。这种用来保存代码的文件就叫做源文件(Source File)

每种编程语言的源文件都有特定的后缀,以方便被编译器识别,被程序员理解。源文件后缀大都根据编程语言本身的名字来命名,例如:
  • C语言源文件的后缀是.c
  • C++语言(C Plus Plus)源文件的后缀是.cpp
  • Java 源文件的后缀是.java
  • Python 源文件的后缀是.py
  • JavaScript 源文件后置是.js

源文件其实就是纯文本文件,它的内部并没有特殊格式,能证明这一结论的典型例子是:在 Windows 下用记事本程序新建一个文本文档,并命名为demo.txt,输入一段C语言代码并保存,然后将该文件强制重命名为demo.c(后缀从.txt变成了.c),发现编译器依然能够正确识别其中的C语言代码,并顺利生成可执行文件。

源文件的后缀仅仅是为了表明该文件中保存的是某种语言的代码(例如.c文件中保存的是C语言代码),这样程序员更加容易区分,编译器也更加容易识别,它并不会导致该文件的内部格式发生改变。

C++ 是站在C语言的肩膀上发展期来的,是在C语言的基础上进行的扩展,C++ 包含了C语言的全部内容(请猛击《C和C++到底有什么关系》一文了解更多),将C语言代码放在.cpp文件中不会有错,很多初学者都是这么做的,很多大学老师也是这么教的。但是,我还是强烈建议将C语言代码放在.c文件中,这样能够更加严格地遵循C语言的语法,也能够更加清晰地了解C语言和C++的区别。

2) 工程/项目(Project)

一个真正的程序(也可以说软件)往往包含多项功能,每一项功能都需要几十行甚至几千行、几万行的代码来实现,如果我们将这些代码都放到一个源文件中,那将会让人崩溃,不但源文件打开速度极慢,代码的编写和维护也将变得非常困难。

在实际开发中,程序员都是将这些代码分门别类地放到多个源文件中。除了这些成千上万行的代码,一个程序往往还要包含图片、视频、音频、控件、库(也可以说框架)等其它资源,它们也都是一个一个地文件。

为了有效地管理这些种类繁杂、数目众多的文件,我们有理由把它们都放到一个目录(文件夹)下,并且这个目录下只存放与当前程序有关的资源。实际上 IDE 也是这么做的,它会为每一个程序都创建一个专门的目录,将用到的所有文件都集中到这个目录下,并对它们进行便捷的管理,比如重命名、删除文件、编辑文件等。

这个为当前程序配备的专用文件夹,在 IDE 中也有一个专门的称呼,叫做“Project”,翻译过来就是“工程”或者“项目”。在 VC 6.0 下,这叫做一个“工程”,而在 VS 下,这又叫做一个“项目”,它们只是单词“Project”的不同翻译而已,实际上是一个概念。

3) 工程类型/项目类型

“程序”是一个比较宽泛的称呼,它可以细分为很多种类,例如:
  • 有的程序不带界面,完全是“黑屏”的,只能输入一些字符或者命令,称为控制台程序(Console Application),例如 Windows 下的 cmd.exe,Linux 或 Mac OS 下的终端(Terminal)。
  • 有的程序带界面,看起来很漂亮,能够使用鼠标点击,称为GUI程序(Graphical User Interface Program),例如 QQ、迅雷、Chrome 等。
  • 有的程序不单独出现,而是作为其它程序的一个组成部分,普通用户很难接触到它们,例如静态库、动态库等。

不同的程序对应不同的工程类型(项目类型),使用 IDE 时必须选择正确的工程类型才能创建出我们想要的程序。换句话说,IDE 包含了多种工程类型,不同的工程类型会创建出不同的程序。

不同的工程类型本质上是对 IDE 中各个参数的不同设置;我们也可以创建一个空白的工程类型,然后自己去设置各种参数(不过一般不这样做)。

控制台程序对应的工程类型为“Win32控制台程序(Win32 Console Application)”,GUI程序对应的工程类型为“Win32程序(Win32 Application)”。

控制台程序是 DOS 时代的产物了,它没有复杂的功能,没有漂亮的界面,只能看到一些文字,虽然枯燥无趣,也不实用,但是它非常简单,不受界面的干扰,所以适合入门,我强烈建议初学者从控制台程序学起。等大家对编程掌握的比较熟练了,能编写上百行的代码了,再慢慢过渡到GUI程序。

4) 链接(Link)

上节我们讲到,源代码经过编译(Compile)后就变成了可执行文件,其实这种说法有点笼统,甚至从严格意义上来讲是错误的。源代码要经过编译(Compile)和链接(Link)两个过程才能变成可执行文件。

编译器一次只能编译一个源文件,如果当前程序包含了多个源文件,那么就需要编译多次。编译器每次编译的结果是产生一个中间文件(可以认为是一种临时文件),而不是最终的可执行文件。中间文件已经非常接近可执行文件了,它们都是二进制格式,内部结构也非常相似。

将当前程序的所有中间文件以及系统库(暂时可以理解为系统中的一些组件)组合在一起,才能形成最终的可执行文件,这个组合的过程就叫做链接(Link)。完成链接功能的软件叫做链接器(Linker)

如果程序只包含了一个源文件,是不是就不需要链接了呢?不是的!

经过编译后程序虽然只有一个中间文件,不再需要和其它的中间文件组合了,但是这个唯一的中间文件还需要和系统库组合,这个过程也是链接。也就是说,不管有多少个源文件,都必须经过编译和链接两个过程才能生成可执行文件。

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