使用 GNU CC 的预编译头文件加快编译速度

痛定思痛。 2024-04-19 13:55 93阅读 0赞

既使用过 Microsoft® Visual C++® 又使用过 GNU CC 的网友一定会感受到两者编译速度的差异，尤其是对于 [wxWidgets][] 这样头文件内容多的软件。Microsoft® Visual C++® 能够有很高编译效率的原因是其支持“预编译头文件” (Pre-Compiled Header, PCH)。当使用 Microsoft® Visual C++® 建立项目时，常常会建立文件 StdAfx.cpp 和 StdAfx.h。其中 StdAfx.h 包含了项目中所有实质 C/C++ 源文件所要用到的一些系统头文件，而 StdAfx.cpp 只包含了 StdAfx.h。这两个文件便是用来建立预编译头文件“项目名.pch”的。预编译头文件是将一些项目中普遍使用的头文件内容的词法分析、语法分析等结果缓存在一个特定格式的二进制文件中；当然编译实质 C/C++ 源文件时，就不必从头对这些头文件进行词法-语法分析，而只需要利用那些已经完成词法-语法分析的结果就可以了。

事实上，GNU CC 从 3.4.x 版和 4.x 版开始，也支持了这种提高编译效率的机制。只是由于 [GNU CC 的手册][GNU CC]中的《Using Precompiled Headers》一节对此介绍不多，也没有简单的自动项目管理工具支持这项功能，因而许多网友还不知道 GNU CC 的这项功能。

GNU CC 的手册中建议使用 make 管理预编译头文件，还指出 C 语言的预编译头文件和 C++ 语言的预编译头文件是不一样的。这里首先讲述项目中只有 C 语言源文件或只有 C++ 语言源文件的情形，再讲述项目中两种语言的源文件同时存在的情况。

项目中只有 C 或 C++ 一种语言的源文件时，只需建立一个预编译头文件。

1.  建立一个头文件，例如命名为 inc.h。该文件供项目中所有的 C/C++ 源文件使用。将整个项目所需要的头文件都列在其中：
    
        /* $FreeBSD$ */
        #ifndef	_INC_H_
        #define	_INC_H_
        
        #include <stdio.h>
        #include <stdlib.h>
        #include <string.h>
        #include <fcntl.h>
        #include <sys/types.h>
        #include <sys/uio.h>
        #include <unistd.h>
        #include <sys/socket.h>
        #include <netinet/in.h>
        #include <arpa/inet.h>
        
        #endif /* ! _INC_H_ *
2.  建立 Makefile，以维护预编译头文件。一方面要建立维护 GNU CC 的预编译头文件 inc.h.gch 的规则；另一方面，要在编译每个 C/C++ 源文件时检查 inc.h.gch，即让所有 .o 文件依赖于 inc.h.gch。
    
        # $FreeBSD$
        
        CC	=	gcc
        CFLAGS	=	-g -Wall
        
        CXX	=	gcc
        CXXFLAGS	=	-g -Wall
        
        LD	=	gcc
        LDFLAGS	=	-g -Wall
        
        EXE	=	testapp
        PCH_H	=	inc.h
        PCH	=	inc.h.gch
        SRCS	=	testapp.c
        OBJS	=	testapp.o
        LIBS	=			# System Libraries
        
        ECHO	=	echo
        CP	=	cp -v
        RM	=	rm -f
        
        .SUFFIXES:
        .SUFFIXES: .o .c .cxx
        
        # The meaning of "$<":
        #     BSD Pmake: the implied source
        #     GNU make: the first prerequisite
        
        .c.o:
        	$(CC) $(CFLAGS) -c $<
        .cxx.o:
        	$(CXX) $(CXXFLAGS) -c $<
        
        all:	$(EXE)
        
        #                  $>                    $^
        # BSD Pmake    all sources        not defined
        # GNU make     not defined        all prerequisites
        # Both interpret "$@" as target
        
        $(EXE):	$(OBJS) $(LIBBDD)
        	$(LD) $(LDFLAGS) -o $@ $> $^ $(LIBS)
        
        # Pre-compiled header
        $(OBJS): $(PCH)
        
        $(PCH): $(PCH_H)
        	$(CC) $(CFLAGS) $> $^
        
        clean:
        	$(RM) $(PCH) $(OBJS)
        # For Both UNIX-like OS and Microsoft Windows (MinGW/Cygwin)
        	$(RM) $(EXE) $(EXE).exe

如果项目既包含 C 语言源文件，也包含 C++ 语言源文件，就需要为两种语言分别维护一个预编译头文件。

1.  再建立一个头文件，例如命名为 inc.hpp。inc.h 供 C 语言源文件使用，而 inc.hpp 供 C++ 语言文件使用。假如 inc.hpp 的内容与 inc.h 的相同，只需要简单的写上：
    
        /* $FreeBSD$ */
        #ifndef	_INC_HPP_
        #define	_INC_HPP_
        
        #include "inc.h"
        
        #endif /* ! _INC_HPP_ */
2.  在 Makefile 里也要随之增加对 inc.hpp 的维护。一是要增加产生 inc.hpp.gch 的规则，此时执行 GNU CC 时要增加参数“-x c++-header”；二是要在 clean 一节中删除这个预编译头文件。
    
        # $FreeBSD$
        
        CC	=	gcc
        CFLAGS	=	-g -Wall
        
        CXX	=	gcc
        CXXFLAGS	=	-g -Wall
        
        LD	=	gcc
        LDFLAGS	=	-g -Wall
        
        EXE	=	testapp
        PCH_H	=	inc.h
        PCH	=	inc.h.gch
        PCH_X_H	=	inc.hpp
        PCH_X	=	inc.hpp.gch
        SRCS	=	testapp.c
        OBJS	=	testapp.o
        LIBS	=			# System Libraries
        
        ECHO	=	echo
        CP	=	cp -v
        RM	=	rm -f
        
        .SUFFIXES:
        .SUFFIXES: .o .c .cxx
        
        # The meaning of "$<":
        #     BSD Pmake: the implied source
        #     GNU make: the first prerequisite
        
        .c.o:
        	$(CC) $(CFLAGS) -c $<
        .cxx.o:
        	$(CXX) $(CXXFLAGS) -c $<
        
        all:	$(EXE)
        
        #                  $>                    $^
        # BSD Pmake    all sources        not defined
        # GNU make     not defined        all prerequisites
        # Both interpret "$@" as target
        
        $(EXE):	$(OBJS) $(LIBBDD)
        	$(LD) $(LDFLAGS) -o $@ $> $^ $(LIBS)
        
        # Pre-compiled header
        $(OBJS): $(PCH)
        
        $(PCH): $(PCH_H)
        	$(CC) $(CFLAGS) $> $^
        
        $(PCH_X): $(PCH_X_H)
        	$(CXX) $(CXXFLAGS) -x c++-header $> $^
        
        clean:
        	$(RM) $(PCH) $(PCH_X) $(OBJS)
        # For Both UNIX-like OS and Microsoft Windows (MinGW/Cygwin)
        	$(RM) $(EXE) $(EXE).exe

这是以上两种 Makefile 的比较：

@@ -12,6 +12,8 @@
     EXE	=	testapp
     PCH_H	=	inc.h
     PCH	=	inc.h.gch
    +PCH_X_H	=	inc.hpp
    +PCH_X	=	inc.hpp.gch
     SRCS	=	testapp.c
     OBJS	=	testapp.o
     LIBS	=			# System Libraries
    @@ -48,7 +50,10 @@
     $(PCH): $(PCH_H)
     	$(CC) $(CFLAGS) $> $^
     
    +$(PCH_X): $(PCH_X_H)
    +	$(CXX) $(CXXFLAGS) -x c++-header $> $^
    +
     clean:
    -	$(RM) $(PCH) $(OBJS)
    +	$(RM) $(PCH) $(PCH_X) $(OBJS)
     # For Both UNIX-like OS and Microsoft Windows (MinGW/Cygwin)
     	$(RM) $(EXE) $(EXE).exe

转载于:https://my.oschina.net/alphajay/blog/10223

[wxWidgets]: http://www.wxwidgets.org/
[GNU CC]: http://gcc.gnu.org/onlinedocs/