0 概述

四个步骤：预处理（Preprocessing）-> 编译（Compilation）-> 汇编（Assembly）-> 链接（Linking）

1 预处理

输入：原始的C++源文件（.cpp, .h, .hpp）
输出：经过处理的“纯”C++文件（通常为 .i 或 .ii 后缀）

g++ -E main.cc -o main.i

预处理器会对源代码进行文本级别的操作：

展开头文件 (#include)：将 #include 指令替换为所包含头文件的实际内容。这是一个递归的过程，如果头文件还包含了其他头文件，也会一并展开。
宏替换 (#define)：展开所有的宏定义，并将代码中使用的宏替换为其定义的值或代码片段。
条件编译 (#if, #ifdef, #ifndef, #else, #elif, #endif)：根据条件编译指令，保留满足条件的代码块，删除不满足条件的代码块。这在跨平台开发和编写Debug/Release版本时非常有用。
处理特殊指令：处理 #pragma 等特殊指令。
删除注释：将所有注释（// 和 /* ... */）替换为一个空格或直接删除。

输入：预处理后的文件（.i）
输出：汇编代码文件（.s）

g++ -S main.i -o main.s
# 或 (可以从 .cpp 直接开始，g++ 会自动先预处理)
g++ -S main.cpp -o main.s

编译器会将“纯”C++代码翻译成特定处理器架构的汇编语言：

词法分析 (Lexical Analysis)：将源代码的字符序列分割成一系列的“词法单元”（token），如关键字、标识符、运算符、常量等。可以把它想象成将一句话拆分成一个个独立的单词。
语法分析 (Syntax Analysis)：根据C++的语法规则，将词法单元流组织成一个“抽象语法树”（Abstract Syntax Tree, AST）。如果代码有语法错误（比如缺少分号、括号不匹配），就会在这个阶段被发现并报告。
语义分析 (Semantic Analysis)：检查语法树在语义上是否合法，比如变量是否已声明、类型是否匹配、函数调用参数是否正确等。确保代码“言之有物”。
中间代码生成与优化：生成一种中间表示（如LLVM IR），并对其进行各种优化，比如删除无用代码、计算常量表达式等，以提高最终代码的执行效率。

输入：汇编代码文件（.s）
输出：目标文件（.o 或 .obj）

g++ -c main.s -o main.o
# 或 (可以从 .cpp 直接开始，g++ 会自动预处理和编译)
g++ -c main.cpp -o main.o

将汇编代码翻译成机器可以执行的指令，即机器码（二进制代码）。

但是，这个目标文件还不能直接运行，因为它可能引用了其他文件中的函数或变量（比如 printf），但还不知道它们的实际地址；多个目标文件还没有被组合在一起。

输入：一个或多个目标文件（.o）、库文件（.a 静态库, .so 动态库）
输出：最终的可执行文件（a.out, .exe 或无后缀）

g++ main.o helper.o -o myprogram

合并目标文件：将多个目标文件合并成一个可执行文件或库文件。
符号解析 (Symbol Resolution)：解析所有目标文件中的“符号”（主要是函数和变量的名字）。如果某个符号在一个目标文件中被引用，链接器必须在其他目标文件或库中找到它的定义。如果找不到，就会报“未定义的引用”（undefined reference）错误。
重定位 (Relocation)：在编译和汇编阶段，生成的代码和数据的地址都是从0开始的。链接器在合并所有段之后，会为它们分配最终的内存地址，并修正所有代码中对符号地址的引用，使其指向正确的位置。
链接库文件：
- 静态链接：将静态库（.a）中的代码直接复制到最终的可执行文件中。优点是独立性强，缺点是文件体积大。
- 动态链接：只在可执行文件中记录共享库（.so / .dll）的名字和引用信息，在程序运行时才由操作系统加载所需的共享库。优点是节省磁盘和内存空间，便于库的更新。