是否有技术可以大大缩短 3D 应用程序的 C++ 构建时间？

Question

有很多超薄笔记本电脑，它们既便宜又好用。编程的优点是可以在安静舒适的任何地方进行，因为长时间集中精力是能够有效工作的重要因素。

我有点过时，因为我喜欢静态编译的 C 或 C++，这些语言在那些功率受限的笔记本电脑上编译可能会很长，尤其是 C++11 和 C++14。

我喜欢做 3D 编程，我使用的库可能很大而且不会宽容：bullet physics、Ogre3D、SFML，更不用说现代 IDEs 的电力需求了。

有几种解决方案可以加快构建速度：

解决方案A：不要使用那些大库，自己想出一些更轻的东西来减轻编译器的负担。编写适当的 makefile，不要使用 IDE.
解决方案B：在别处设置构建服务器，在功能强大的机器上设置makefile，并自动下载生成的exe。我不认为这是一个随意的解决方案，因为您必须针对笔记本电脑的 CPU.
方案C：使用非官方C++模块
???

还有其他建议吗？

Answer 1

正如 Yellow 先生在评论中指出的那样，缩短编译时间的最佳方法之一是特别注意您对 header 文件的使用。特别是：

对您不希望更改的任何 header 使用预编译 header，包括操作系统 header、第三方库 header 等。
将其他 header 中包含的 header 的数量减少到必要的最低限度。
- 确定 header 中是否需要包含或是否可以将其移动到 cpp 文件中。这有时会引起连锁反应，因为其他人依赖于您为它包含 header，但从长远来看，最好将包含移动到实际需要的地方。
- 使用前向声明的 classes 等通常可以消除包含声明 class 的 header 的需要。当然，您仍然需要在 cpp 文件中包含 header，但这只会发生一次，而不是每次包含相应的 header 文件时都会发生。
使用#pragma once（如果您的编译器支持）而不是包括保护符号。这意味着编译器甚至不需要打开 header 文件来发现包含防护。（当然，许多现代编译器无论如何都会为您解决这个问题。）

一旦您控制了 header 文件，请检查您的 make 文件以确保您不再有不必要的依赖项。目标是重建您需要的一切，但仅此而已。有时人们宁愿建得太多也会犯错，因为这比建得太少更安全。

Answer 2

编译速度确实可以提高，如果你知道怎么做的话。仔细考虑项目的设计（特别是在大型项目的情况下，由多个模块组成）并修改它总是明智的，这样编译器才能有效地产生输出。

1.预编译 headers.

预编译 header 是一个普通的 header（.h 文件），其中包含最常见的声明、typedef 和 include。在编译期间，它只被解析一次——在编译任何其他源之前。在此过程中，编译器生成一些内部（最有可能是二进制）格式的数据，然后，它使用这些数据来加速代码生成。

这是一个示例：

#pragma once

#ifndef __Asx_Core_Prerequisites_H__
#define __Asx_Core_Prerequisites_H__

//Include common headers
#include "BaseConfig.h"
#include "Atomic.h"
#include "Limits.h"
#include "DebugDefs.h"
#include "CommonApi.h"
#include "Algorithms.h"
#include "HashCode.h"
#include "MemoryOverride.h"
#include "Result.h"
#include "ThreadBase.h"
//Others...

namespace Asx
{

    //Forward declare common types
    class String;
    class UnicodeString;

    //Declare global constants
    enum : Enum
    {
        ID_Auto     = Limits<Enum>::Max_Value,
        ID_None     = 0
    };

    enum : Size_t
    {
        Max_Size            = Limits<Size_t>::Max_Value,
        Invalid_Position    = Limits<Size_t>::Max_Value
    };

    enum : Uint
    {
        Timeout_Infinite    = Limits<Uint>::Max_Value
    };

    //Other things...

}

#endif /* __Asx_Core_Prerequisites_H__ */

在项目中，当使用 PCH 时，每个源文件通常包含 #include 这个文件（我不知道其他人，但在 VC++ 这实际上是一个要求 - 每个源附加到配置为使用 PCH 的项目，必须以：#include PrecompiledHedareName.h) 开头。预编译 headers 的配置非常 platform-dependent 并且超出了这个答案的范围。

注意一件重要的事情：PCH 中 defined/included 的东西只有在绝对必要时才应该更改 - 每次更改都可能导致重新编译 整个项目 （以及其他依赖模块)!

关于 PCH 的更多信息：

Wiki
GCC Doc
Microsoft Doc

2。转发声明。

当您不需要整个 class 定义时，转发声明它以删除代码中不必要的依赖项。这也意味着在可能的情况下广泛使用指针和引用。示例：

#include "BigDataType.h"

class Sample
{
protected:
    BigDataType _data;
};

您真的需要将 _data 存储为值吗？为什么不这样：

class BigDataType; //That's enough, #include not required

class Sample
{
protected:
    BigDataType* _data; //So much better now
};

这对于大型类型来说尤其有利可图。

3。不要过度使用模板。

Meta-programming 是开发人员工具箱中非常强大的工具。但是不要在没有必要的时候尝试使用它们。

它们非常适用于特征、compile-time 评估、静态反射等。但是他们引入了很多麻烦：

错误消息 - 如果您曾经看到因不当使用 std:: 迭代器或容器（尤其是复杂的，如 std::unordered_map）而导致的错误，那么您就会知道这是怎么回事。
可读性 - 复杂的模板可能很难 read/modify/maintain。
怪癖 - 许多技术，模板用于，不是这样 well-known，因此维护此类代码可能会更加困难。
编译时间——现在对我们来说最重要的：

记住，如果您将函数定义为：

template <class Tx, class Ty>
void sample(const Tx& xv, const Ty& yv)
{
    //body
}

它将针对Tx和Ty的每个独占组合进行编译。如果经常使用这样的函数（以及许多这样的组合），它确实会减慢编译过程。现在想象一下，如果您开始为整个 classes 过度使用模板，将会发生什么……

4.使用 PIMPL idiom.

这是一项非常有用的技术，它使我们能够：

隐藏实施细节
加快代码生成速度
轻松更新，无需破坏客户端代码

它是如何工作的？考虑 class，其中包含大量数据（例如，代表人）。它可能看起来像这样：

class Person
{
protected:
    string name;
    string surname;
    Date birth_date;
    Date registration_date;
    string email_address;
    //and so on...
};

我们的应用程序不断发展，我们需要extend/change Person 定义。我们添加了一些新字段，删除了其他字段……一切都崩溃了：Person 的大小发生变化，字段名称发生变化……灾难。特别是，每个依赖于 Person 定义的客户端代码都需要是 changed/updated/fixed。不好。

但我们可以用更聪明的方式来做到这一点——隐藏 Person 的详细信息：

class Person
{
protected:
    class Details;
    Details* details;
};

现在，我们做了一些好事：

客户端无法创建代码，这取决于 Person 的定义方式
只要我们不修改客户端代码使用的public接口，就不需要重新编译
我们减少了编译时间，因为 string 和 Date 的定义不再需要存在（在以前的版本中，我们必须为这些类型包含适当的 headers ，这会增加额外的依赖关系）。

5. #pragma once directive.

虽it may give no speed boost，但更清晰，少error-prone。它与使用 include guards 基本相同：

#ifndef __Asx_Core_Prerequisites_H__
#define __Asx_Core_Prerequisites_H__

//Content

#endif /* __Asx_Core_Prerequisites_H__ */

防止对同一个文件进行多次解析。尽管 #pragma once 不是标准的（事实上，没有 pragma - pragma 是为 compiler-specific 指令保留的），但它得到了广泛的支持（例如：VC++、GCC、CLang、ICC ) 并且可以毫无顾虑地使用——编译器应该忽略未知的编译指示（或多或少地默默地）。

6.消除不必要的依赖。

非常重要的一点！重构代码时，依赖项通常会发生变化。例如，如果您决定做某事优化并使用 pointers/references 而不是值（参见此答案的点 2 和 4），一些包含可能变得不必要。考虑：

#include "Time.h"
#include "Day.h"
#include "Month.h"
#include "Timezone.h"

class Date
{
protected:
    Time time;
    Day day;
    Month month;
    Uint16 year;
    Timezone tz;

    //...
};

此 class 已更改为隐藏实现细节：

//These are no longer required!
//#include "Time.h"
//#include "Day.h"
//#include "Month.h"
//#include "Timezone.h"

class Date
{
protected:
    class Details;
    Details* details;

    //...
};

最好跟踪此类冗余包含，使用大脑，built-in 工具（如 VS Dependency Visualizer) or external utilities (for example, GraphViz）。

Visual Studio 还有一个很好的选项——如果你用 RMB 点击任何文件，你会看到一个选项 'Generate Graph of include files'——它会生成一个漂亮的、可读的图表，可以很容易地分析并用于跟踪不必要的依赖关系。

示例图，在我的 String.h 文件中生成：

Answer 3

还有一点在其他答案中没有提到：模板。模板可以是一个很好的工具，但它们有根本的缺点：

必须包含模板及其依赖的所有模板。前向声明不起作用。
模板代码经常被多次编译。您在多少个 .cpp 文件中使用 std::vector<>？那就是你的编译器需要编译多少次！

(我不是反对使用std::vector<>，相反你应该经常使用它；它只是一个非常常用的模板的例子在这里。）
更改模板的实现时，必须重新编译使用该模板的所有内容。

对于模板繁重的代码，编译单元通常相对较少，但每个编译单元都很大。当然，您可以使用所有模板，并且只有一个 .cpp 文件可以包含所有内容。这将避免模板代码的多次编译，但是它使 make 无用：任何编译都将花费与干净后的编译一样长的时间。

我建议反其道而行之：避免使用大量模板或仅使用模板的库，并避免创建复杂的模板。您的模板变得越相互依赖，重复编译的次数就越多，更改模板时需要重建的 .cpp 文件就越多。理想情况下，您拥有的任何模板都不应使用任何其他模板（当然，除非其他模板是 std::vector<>...）。

Answer 4

如果您已经尝试了上述所有方法，假设您的 LAN 上有一些可用的 PC，那么有一种商业产品可以创造奇迹。我们曾经在以前的工作中使用过它。它称为 Incredibuild (www.incredibuild.com)，它将我们的构建时间从一个多小时 (C++) 缩短到大约 10 分钟。来自他们的网站：

IncrediBuild 通过高效的并行计算加快构建时间。通过利用网络上的闲置 CPU 资源，IncrediBuild 将 PC 和服务器网络转变为私有计算云，最好将其描述为“虚拟超级计算机”。进程分布到远程 CPU 资源以进行并行处理，显着缩短构建时间达 90% 或更多。

是否有技术可以大大缩短 3D 应用程序的 C++ 构建时间？

Are there techniques to greatly improve C++ building time for 3D applications?

c++

makefile

c++11