C++-Programmierung/ Einführung zum Buch/ Compiler

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Kurz: was ist ein Compiler? Präprozessor? Linker?

Inhaltsverzeichnis 1 Hilfsmittel 2 Die GCC 3 Für Fortgeschrittenere 4 Makefiles

[Bearbeiten] Hilfsmittel

1. Compiler Liste (mit Betriebssystem)
2. IDE Liste (mit Betriebssystem und möglichen Compilern)

[Bearbeiten] Die GCC

GCC steht für Gnu Compiler Collection und ist eine Sammlung von freien Compilern. GCC stellt neben dem C++-Compiler g++, noch viele andere Compiler für verschiedene Sprachen bereit. Der C-Compiler ist etwa gcc und der Java-Compiler heißt gcj.

GCC steht unter der GNU General Public License (GNU GPL), das heißt, GCC ist Opensource und jeder ist berechtigt, den Quellcode einzusehen, zu verändern und natürlich auch GCC zu verwenden. Da GCC auf sehr viele Plattformen portiert wurde und unter nahezu allen Betriebssystemen verfügbar ist, eignet er sich prächtig, um ihn in einem Buch wie diesem zu verwenden.

Auf fast allen Linux-, Unix- und Unixartigen-Systemen ist GCC schon standardmäßig installiert. Falls nicht, können Sie ihn mit dem Paketmanager Ihrer (Linux-)Distribution nachinstallieren oder ihn von gcc.gnu.org herunterladen und manuell installieren. Auf Windows können Sie MinGW (eine Portierung von GCC) verwenden. Sie ist zwar nicht so aktuell wie die originale GCC-Version, aber für den Anfang immer noch ausreichend. Alternativ können Sie GCC auf Windows auch über Cygwin nutzen.

Aber jetzt ist Schluss mit der Theorie. Schauen wir uns erst einmal an, wie g++ benutzt wird. Im folgenden wird angenommen, dass eine Datei mit dem Namen prog.cpp vorhanden ist. In dieser Datei könnte zum Beispiel folgendes stehen:

Dieses Programm müssen Sie noch nicht verstehen, (es gibt „Hallo Welt“ aus,) im Kapitel Hallo, du schöne Welt! wird es erklärt. Nun geben Sie auf der Kommandozeile (Linux: Shell, Windows: Eingabeaufforderung) folgendes ein:

g++ prog.cpp

g++ ist der Name des Programms, welches aufgerufen wird, also der Compiler g++. prog.cpp ist der Name der Datei, die kompiliert werden soll. Wenn Sie diesen Befehl ausführen, sehen Sie entweder Fehlermeldungen auf dem Bildschirm, oder aber Sie bekommen eine Datei mit dem Namen a.out. Manchmal bekommen Sie auch sogenannte „warnings“, also Warnungen. Bei diesen Warnungen wird der Code zwar kompiliert, aber Sie sollten versuchen, warnungsfreie Programme zu schreiben. Ein Beispiel für eine Warnung könnte z.B. sein:

g++ prog.cpp
prog.cpp: In function `int main()':
prog.cpp:17: warning: comparison between signed and unsigned integer expressions

In diesem Beispiel würde die Warnung bedeuten, dass wir eine Zahl ohne Vorzeichen ( unsigned) und eine mit Vorzeichen ( signed) vergleichen, und zwar innerhalb der Funktion ` int main()', genauer gesagt in Zeile 17. Was unsigned und signed ist, erfahren Sie im Kapitel Variablen, Konstanten und ihre Datentypen.

Es gibt auch einige, zum Teil hilfreiche Warnungen, die nicht angezeigt werden. Um diese zu sehen, müssen Sie die Option -Wall hinzufügen.

g++ -Wall prog.cpp

Um sich noch mehr Warnungen anzeigen zu lassen (-Wall zeigt auch nicht alle), können Sie auch noch -Wextra benutzen:

g++ -Wall -Wextra prog.cpp

Es wird empfohlen, diese Möglichkeit zu nutzen, vor allem wenn Sie auf der Suche nach Fehlern in Ihrem Programm sind.

Möchten Sie, dass das fertige Programm einen anderen Namen als a.out hat, so können Sie es natürlich jedesmal umbenennen. Dies ist aber umständlich und somit nicht zu empfehlen. Ein viel eleganterer Weg ist das Benutzen der Option -o.

g++ -o tollername prog.cpp

Der Dateiname nach der Option -o gibt an, in welche Datei das kompilierte Programm gespeichert werden soll. So erhalten Sie in diesem Beispiel die ausführbare Datei tollername.

Sollten Sie sich einmal nicht mehr erinnern, was eine bestimmte Funktion bewirkte oder wie sie hieß, so können Sie g++ einfach nur mit der Option --help aufrufen.

g++ --help

g++ gibt dann eine kurze Auflistung der Optionen aus. Wer gerne eine detailliertere Version hätte, kann unter Linux auch das Manualprogramm „man“ benutzen:

man g++

Allerdings ist diese Hilfe etwas lang (über 10 000 Zeilen…). Außerdem gibt es unter Linux noch eine übersichtliche Dokumentation bei info.

info g++

[Bearbeiten] Für Fortgeschrittenere

Jetzt sollten Sie erst einmal den Rest des Kapitels überspringen und mit einigen der folgenden Buchkapitel weitermachen, denn für den Rest ist ein wenig Vorwissen sehr hilfreich. Sobald Sie mit den ersten paar Kapiteln fertig sind, können Sie hierher zurückkehren und den Rest lesen.

Was passiert überhaupt, wenn Sie g++ aufrufen? Nun, als erstes wird der Code vom Präprozessor durchgeschaut und bearbeitet. (Natürlich bleibt Ihre Quelldatei, wie sie ist.) Dabei werden beispielsweise Makros ersetzt und Kommentare gelöscht. Dieser bearbeitete Code wird dann vom Compiler in die Assemblersprache übersetzt. Die Assemblersprache ist auch eine Programmiersprache, welche aber nur die Maschinensprache so darstellt, dass ein Mensch sie (leichter) lesen kann. Schließlich wird diese Assemblersprache von einem Assembler in Maschinencode umgewandelt. Zum Schluss wird noch der Linker aufgerufen, der die einzelnen Programmdateien und die benutzten Bibliotheken "verbindet".

Darum, dass dies alles in korrekter Reihenfolge richtig ausgeführt wird, brauchen Sie sich nicht zu kümmern; g++ erledigt das alles für Sie. Allerdings kann es manchmal nützlich sein, dass das Programm noch nicht gelinkt wird, etwa wenn Sie mehrere Quelldateien haben. Dann kann man einfach dem g++ die Option -c mitgeben.

g++ -c -o prog.o prog.cpp

Durch diesen Aufruf erhalten wir eine Datei prog.o, die zwar kompiliert und assembliert, aber noch nicht gelinkt ist. Deswegen wurde die Datei auch prog.o genannt, da ein kompiliertes und assembliertes, aber nicht gelinktes Programm als Objektdatei vorliegt. Objektdateien bekommen üblicherweise die Endung *.o. Ohne die -o Option hätten Sie möglicherweise eine Datei gleichen Namens erhalten, aber das ist nicht absolut sicher. Es ist besser den Namen der Ausgabedatei immer mit anzugeben; so können Sie sicher sein, dass die ausgegeben Dateien auch wirklich den von Ihnen erwarteten Namen haben.

Bei g++ gibt es Unmengen von Optionen, mit denen Sie fast alles kontrollieren können. So gibt es natürlich auch eine Option, durch die kompiliert, aber nicht assembliert wird. Diese Option heißt -S.

g++ -S prog.cpp

Diese Option wird allerdings fast nie benötigt, es sei denn Sie interessieren sich dafür, wie Ihr Compiler Ihren Code in Assembler umsetzt. Die Option -E ist schon nützlicher. Mit ihr wird nur der Präprozessor ausgeführt:

g++ -E prog.cpp

So können Sie z. B. sehen, ob mit den Makros alles ordnungsgemäß geklappt hat oder die Headerdateien eventuell in einer von Ihnen unerwarteten Reihenfolge inkludiert wurden. Eine Warnung sollen Sie hier aber mit auf den Weg bekommen. Wenn der Präprozessor durchgelaufen ist, stehen auch alle mittels #include eingebundenen Headerdateien der Standardbibliothek mit im Quelltext, die Ausgabe kann also ziemlich lang werden. Allein das Einbinden von iostream produziert bei g++ 4.1 knapp 30 000 Zeilen Code. Welche Zeit es in Anspruch nimmt, den Quellcode nach dem Übersetzen in Assembler (Option -s) zu lesen, dürfte damit geklärt sein.

Sie sollten auch die Option -ansi kennen. Da g++ einige C++ Erweiterungen beinhaltet, die nicht im C++-Standard definiert sind oder sogar mit ihm im Konflikt stehen, ist es nützlich, diese Option zu verwenden, wenn Sie ausschließlich mit Standard-C++ arbeiten wollen. In der Regel ist das zu empfehlen, da sich solcher Code viel leichter auf andere Compiler portieren lässt. Im Idealfall müssten Sie gar keine Änderungen mehr vornehmen. Da aber weder g++ noch irgendein anderer Compiler absolut Standardkonform sind, ist das selten der Fall. Ein Negativbeispiel für standardkonforme Compiler kommt immer mal wieder aus Redmond. Die dort ansässige Firma produziert in der Regel Produkte, die zu ihren selbstdefinierten Standards in einer bestimmten Version (also nicht mal untereinander) kompatibel sind. Beschweren Sie sich bitte nicht, wenn einige Programmbeispiele mit einem Compiler von dort, nicht kompiliert werden. Der Fairness halber soll trotzdem angemerkt werden, dass langsam aber doch sicher Besserung in Sicht ist.

g++ -ansi -o prog prog.cpp

Dies bewirkt, dass diese nicht standardkonformen Erweiterungen des g++-Compilers abgeschaltet werden. Solcher Code ist in der Regel die bessere Wahl, da er auch in Zukunft, wenn es neue Compiler oder Compiler-Versionen geben wird, noch mit ihnen übersetzt werden kann.

Möchten Sie eine Warnung erhalten, wenn nicht standardkonforme Erweiterungen von g++ verwendet werden, dann nutzen Sie die Option -pedantic:

g++ -pedantic -o prog prog.cpp

Um die Optimierung zuzuschalten, nutzen Sie die Option -Ox, wobei das x für eine Zahl von 1 bis 3 steht. 3 bedeutet stärkste Optimierung.

g++ -O3 -o prog prog.cpp

Programme, die mit Optimierung übersetzt wurden, sind kleiner und laufen schneller. Der Nachteil besteht in der höheren Zeit, welche für die Übersetzung an sich benötigt wird. Daher sollten Sie die Optimierung nur zuschalten, wenn Sie eine Programmversion erstellen, die Sie auch benutzen möchten. Beim Austesten während der Entwicklung ist es besser, ohne Optimierung zu arbeiten, da häufig kompiliert wird. Eine lange Wartezeit, nur um dann einen Programmdurchlauf zu machen, ist schlicht nervtötend.

[Bearbeiten] Makefiles

1. Was sind Makefiles
2. Wie erstellt man Sie
   1. von Hand
   2. Automake