06编译器

编译器的工作原理

介绍 #

源文件 编译–> .obj文件 链接–> .exe可执行文件

  • 预处理(包括标记) –> 创建一棵抽象语法树(将所有代码转换为常量数据或指令) –> 创建代码(CPU将执行的实际机器码)
  • 编译器：为每个C++文件（先经过预处理成为翻译单元）生成目标文件
  • 文件只是C++向编译器提供源代码的方式（并不需要像java那样文件名必须和类名等同）
  • 将.cpp当做C++文件，把.c当做C文件，把.h当做头文件。(默认，也可以改变这个默认约定)
  • C++文件先经过预处理后成为翻译单元，之后编译器将翻译单元生成为一个目标文件，有时将CPP文件包含在其他CPP文件中并创建一个包含大量文件的大CPP文件。这种情况下只需要编译这个大的CPP文件并生成一个翻译单元，从而生成一个目标文件

hash include #

//Math.cpp
int Multiply(int a, int b) {
	int result = a * b;
	return result;
}

并编译

再添加一个文件EndBrace.h

}

修改Math.cpp，修改前删除结束括号，会编译出错，之后修改为：

//Math.cpp
int Multiply(int a, int b) {
	int result = a * b;
	return result;
#include "EndBrace.h"

编译成功

告诉编译器输出一个包含所有结果的文件 #

简单例子 #

修改配置

这个选项会导致不会生成obj文件

Math.i

#line 1 "E:\\cppStudyTemp\\ChernoCpp\\HelloWorld\\HelloWorld\\Math.cpp"
int Multiply(int a, int b) {
	int result = a * b;
	return result;
#line 1 "E:\\cppStudyTemp\\ChernoCpp\\HelloWorld\\HelloWorld\\EndBrace.h"
}
#line 5 "E:\\cppStudyTemp\\ChernoCpp\\HelloWorld\\HelloWorld\\Math.cpp"

例子增强 #

#define INTEGER int

INTEGER Multiply(int a, int b) {
	INTEGER result = a * b;
	return result;
}

Math.i

#line 1 "E:\\cppStudyTemp\\ChernoCpp\\HelloWorld\\HelloWorld\\Math.cpp"


int Multiply(int a, int b) {
	int result = a * b;
	return result;
}

if #

if之后为真则包含后面的语句块

#if 1
int Multiply(int a, int b) {
	int result = a * b;
	return result;
}
#endif

结果(Math.i)

#line 1 "E:\\cppStudyTemp\\ChernoCpp\\HelloWorld\\HelloWorld\\Math.cpp"

int Multiply(int a, int b) {
	int result = a * b;
	return result;
}
#line 7 "E:\\cppStudyTemp\\ChernoCpp\\HelloWorld\\HelloWorld\\Math.cpp"

如果if后为零，则结果(Math.i):

#line 1 "E:\\cppStudyTemp\\ChernoCpp\\HelloWorld\\HelloWorld\\Math.cpp"





#line 7 "E:\\cppStudyTemp\\ChernoCpp\\HelloWorld\\HelloWorld\\Math.cpp"

include #

#include <iostream>
int Multiply(int a, int b) {
	int result = a * b;
	return result;
}

接着恢复生成预处理文件的配置（默认不生成）

查看obj文件 #

查看前先禁用JMC优化
配置属性 → C/C++ → 常规 → 支持"仅我的代码"调试 → 否 (/JMC-)

之后修改项目属性

编译后：

即可读的汇编版本：

;Math.asm------
; Line 3
	mov	eax, DWORD PTR a$[rbp]
	imul	eax, DWORD PTR b$[rbp]
	mov	DWORD PTR result$[rbp], eax
; Line 4
	mov	eax, DWORD PTR result$[rbp]
; Line 5
	lea	rsp, QWORD PTR [rbp+80]
	pop	rbp
	ret	0

这些是CPU在运行函数时将执行的实际指令

这里做了一个多余的操作，先将a变量放到%eax结果寄存器中，然后再把相乘后的结果放到结果寄存器中，之后将%eax中的值放到一个名为result的变量中，最后再从result变量中取出值放到 %eax结果寄存器。而不是直接把它放到%eax中

修改代码

int Multiply(int a, int b) { 
	return a * b;
}

查看Math.asm

?Multiply@@YAHHH@Z PROC					; Multiply, COMDAT
; File E:\cppStudyTemp\ChernoCpp\HelloWorld\HelloWorld\Math.cpp
; Line 1
$LN3:
	mov	DWORD PTR [rsp+16], edx
	mov	DWORD PTR [rsp+8], ecx
	push	rbp
	sub	rsp, 64					; 00000040H
	mov	rbp, rsp
; Line 2
	mov	eax, DWORD PTR a$[rbp]
	imul	eax, DWORD PTR b$[rbp] ;这里直接将结果存在了寄存器%eax中 
; Line 3
	lea	rsp, QWORD PTR [rbp+64]
	pop	rbp
	ret	0
?Multiply@@YAHHH@Z ENDP					; Multiply

优化 #

1 #

上述的math.asm之所以没有自动优化，是因为我们是在debug模式下编译的，以确保我们的代码尽可能完整、容易调试

在此之前把代码修改为：

int Multiply(int a, int b) {
	int result = a * b;
	return result;
}

修改配置：

此时O2和RTC不兼容

O2优化会重组代码：重新排序指令、消除冗余操作、内联函数等 RTC需要插入检查代码：在特定位置插入检查未初始化变量、栈溢出的代码 优化后的代码可能使RTC插入点失效，导致检查不准确或无法插入

关闭基本检查

重编译查看math.asm


?Multiply@@YAHHH@Z PROC					; Multiply, COMDAT
; File E:\cppStudyTemp\ChernoCpp\HelloWorld\HelloWorld\Math.cpp
; Line 3
	imul	ecx, edx  ;直接在寄存器中相乘
; Line 4
	mov	eax, ecx  ;结果直接赋给返回寄存器
; Line 5
	ret	0
?Multiply@@YAHHH@Z ENDP					; Multiply

还有其他优化没看懂，反正优化了就是了

2 #

禁用优化后编辑代码：

//Math.cpp
int Multiply( ) { 
	return  5 * 2;
}

; Math.asm

?Multiply@@YAHXZ PROC					; Multiply, COMDAT
; File E:\cppStudyTemp\ChernoCpp\HelloWorld\HelloWorld\Math.cpp
; Line 2
$LN3:
	push	rbp
	sub	rsp, 64					; 00000040H
	mov	rbp, rsp
; Line 3
	mov	eax, 10 ;直接将结果值移动到结果寄存器
; Line 4
	lea	rsp, QWORD PTR [rbp+64]
	pop	rbp
	ret	0
?Multiply@@YAHXZ ENDP					; Multiply

这叫做常量折叠（constant folding），即任何可以在编译时计算出来的常量

3 #

const char* Log(const char* message) {
	return message;
}

int Multiply(int a,int b ) { 

	Log("Multiply");
	return  a * b;
}

查看Math.asm


; 乘法函数的定义------
?Multiply@@YAHHH@Z PROC					; Multiply, COMDAT
; File E:\cppStudyTemp\ChernoCpp\HelloWorld\HelloWorld\Math.cpp
; Line 5
$LN3:
	mov	DWORD PTR [rsp+16], edx
	mov	DWORD PTR [rsp+8], ecx
	push	rbp
	sub	rsp, 96					; 00000060H
	lea	rbp, QWORD PTR [rsp+32]
; Line 7
	lea	rcx, OFFSET FLAT:??_C@_08EOBDLMOI@Multiply@
	
	;这里调用了Log函数------
	call	?Log@@YAPEBDPEBD@Z			; Log
	npad	1
; Line 8
	mov	eax, DWORD PTR a$[rbp]
	imul	eax, DWORD PTR b$[rbp]
; Line 9
	lea	rsp, QWORD PTR [rbp+64]
	pop	rbp
	ret	0
?Multiply@@YAHHH@Z ENDP					; Multiply
_TEXT	ENDS
; Function compile flags: /Odtp /ZI
;	COMDAT ?Log@@YAPEBDPEBD@Z
_TEXT	SEGMENT
message$ = 80

; Log函数的定义------
?Log@@YAPEBDPEBD@Z PROC					; Log, COMDAT
; File E:\cppStudyTemp\ChernoCpp\HelloWorld\HelloWorld\Math.cpp
; Line 1
$LN3:
	mov	QWORD PTR [rsp+8], rcx
	push	rbp
	sub	rsp, 64					; 00000040H
	mov	rbp, rsp
; Line 2
	mov	rax, QWORD PTR message$[rbp]
; Line 3
	lea	rsp, QWORD PTR [rbp+64]
	pop	rbp
	ret	0
?Log@@YAPEBDPEBD@Z ENDP					; Log
_TEXT	ENDS
END

为何函数要用特殊符号，函数签名需要唯一定义，当有多个obj并且我们的函数在多个obj中定义时，链接器的工作就是将他们全部链接在一起，它执行此操作的方式是查找这个函数签名

使用O2优化 #

Math.asm


?Multiply@@YAHHH@Z PROC					; Multiply, COMDAT
; File E:\cppStudyTemp\ChernoCpp\HelloWorld\HelloWorld\Math.cpp
; Line 8
	imul	ecx, edx
	mov	eax, ecx 
; Line 9
	ret	0
?Multiply@@YAHHH@Z ENDP					; Multiply

视频说这里不会调用Log函数，但是如果开启了JMC的话，还是会调用该函数的。ai的解释是：JMC (Just My Code) 是Microsoft编译器的调试功能：它会插入额外的代码来区分用户代码和系统代码，阻止了编译器执行某些优化