c++ - C/C++ 编译器如何在头文件中找到原型的定义？

Question

当我在头文件中声明一个函数并将该函数的定义放在其他文件中时，编译器/链接器如何找到定义？它会系统地搜索其路径中的每个文件，还是有更优雅的解决方案？在过去的几天里，这一直困扰着我，我一直无法找到解释。

Answer 1

编译器不会这样做，链接器会这样做。

虽然编译器一次只处理一个源文件，但当调用链接器时，它会传递编译器生成的所有目标文件的名称，以及用户希望链接的任何库的名称。因此，链接器完全了解可能包含定义的文件集，它只需要查看这些目标文件的符号表。除此之外，它不需要进行任何搜索。

例如，假设您有 foo.h 和 foo.c 定义和实现 function foo()，而 bar.h 和 bar.c 定义和实现bar()。说bar调用foo，以便 bar.c 包含 foo.h。此编译分为三个步骤：

gcc -c foo.c
gcc -c bar.c
gcc foo.o bar.o -o program

第一行编译 foo.c，生成 foo.o。第二个编译 bar.c，生成 bar.o。此时，在目标文件bar.o中，foo是一个外部符号。第三行调用链接器，它将 foo.o 和 bar.o 链接到一个名为“program”的可执行文件中。当链接器处理 bar.o 时，它会看到未解析的外部符号foo，因此它会查看所有其他正在链接的目标文件（在本例中为 foo.o）的符号表并foo在 foo.o 中找到，并完成关联。

对于库，这有点复杂，它们出现在命令行上的顺序可能取决于您的链接器，但通常是相同的原则。

Answer 2

当您编译 .cpp 文件时，编译器会在 .obj 文件中输出两个表：它期望在外部定义的符号列表，以及在该特定模块中定义的符号列表。

链接器获取编译器输出的所有 .obj 文件，然后（顾名思义）将它们链接在一起。因此，对于每个模块，它会查看标记为“外部定义”的符号列表，并查看为这些符号提供的所有其他模块。

所以它只会“搜索”你告诉它搜索的模块。

如果它在任何其他模块中都找不到该符号，那就是您收到“未定义引用”错误的时候。

Answer 3

假设您有一个带有 #include foo.h 的 foo.cpp 并且可能还有其他包含。标头当然可以有自己的#include-s。

预处理器将从 foo.cpp 开始，解析 #includes 并读取标头内容。结果将是来自头文件和 foo.cpp “扁平化”的文本。然后编译器将处理该文本。如果一个变量/函数/等应该被声明在一个头文件的某个地方没有找到，编译器将报告一个错误。

基本点是编译器必须将其所有声明视为 .cpp 和标头的结果。