为什么简单的 C++ 源文件的预处理文件包含数千行代码？

Question

我正在学习 C++。我了解了一些 C++ 编译过程，编译过程的第一步是预处理。我很好奇预处理后源文件会发生什么，所以我用 C++ 编写了几行代码。这是我的代码：

#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

#define PI 3.1416
int main()
{
    cout << "Hello World\n";
    cout << "The value of PI is: " << PI << '\n'; 
}

不超过十行代码。

我使用这个编译器标志 g++ -E main.cpp > main.p 所以预处理文件是 main.p。预处理文件main.p包含28634行代码。

main.p 的前 15 行看起来像：

# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<command-line>" 2
# 1 "main.cpp"
# 1 "/usr/include/c++/9/iostream" 1 3
# 36 "/usr/include/c++/9/iostream" 3
       
# 37 "/usr/include/c++/9/iostream" 3

# 1 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/c++/9/bits/c++config.h" 1 3
# 252 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/c++/9/bits/c++config.h" 3

# 252 "/usr/include/x86_64-linux-gnu/c++/9/bits/c++config.h" 3

main.p 的最后 10 行看起来像：

using std::cout;
using std::endl;


int main()
{
    cout << "Hello World\n";
    cout << "The value of PI is: " << 3.1416 << '\n';
}

为什么main.p包含这么多行代码？我的假设（如果我错了请纠正我）是用于构建 iostream 库的所有代码都包含在 main.p 文件中，如果是这样则不是 main.cpp 的二进制文件或可执行文件不必要的大？

Answer 1

#include 指令直接将包含文件的内容粘贴到最终文件中进行编译。对于 C++，单个包含可以从包含的文件中拖出许多其他包含，使生成的文件膨胀。

这正是 C++ 包含工作的方式。可执行文件大小将包含支持您的功能所需的代码，没有办法绕过它。

Answer 2

您的假设是正确的：iostream header 的全部内容都包含在预处理器输出中。这会传递地发生：iostream 包含的每个 header 也包含在内，依此类推。这基本上就是 #include 的意思！

但是，这并不意味着您的可执行文件会很大：

Headers 通常只包含声明，不包含实现。声明不包含任何可执行代码。实际实现在共享库中。
标准库中的许多 header 仅包含模板，这些模板在实例化之前不会发出任何代码。
内联实现允许在 header 中，但它们在调用站点中内联，因此只要您不调用它们，它们就不会要么被编译。

为什么简单的 C++ 源文件的预处理文件包含数千行代码？

Why preprocessed file of simple C++ source file contains thousands lines of code?

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