01-编译运行环境搭建

编译器选择

GCC (GNU Compiler Collection)

GCC是GNU项目开发的编译器套件，是目前最广泛使用的C++编译器之一。支持多种平台，包括Linux、Windows、macOS等，完全开源免费。

主要特点：

  • 开源免费，遵循GPL许可证

  • 跨平台支持，可在多种操作系统上运行

  • 功能完整，支持C++11/14/17/20标准

  • 社区活跃，文档丰富

  • 性能优秀，生成的代码质量高

适用场景：

  • Linux系统开发的首选

  • 开源项目开发

  • 需要跨平台兼容的项目

  • 学习和研究用途

安装方式：

  • Linux系统通常默认安装，可通过包管理器更新

  • Windows系统需要安装MinGW或MSYS2

  • macOS可通过Homebrew安装：brew install gcc

基本使用：

g++ -o program source.cpp

Clang

Clang是LLVM项目的前端编译器，以其优秀的错误信息和警告信息而闻名。被设计为GCC的替代品，在错误诊断方面表现突出。

主要特点：

  • 错误信息更加友好和详细

  • 编译速度快，内存占用少

  • 模块化设计，易于扩展

  • 与LLVM工具链集成良好

  • 支持静态分析和代码检查

适用场景：

  • macOS和iOS开发

  • 需要详细错误信息的开发

  • 静态分析和代码检查

  • 学习和调试用途

安装方式：

  • macOS系统默认使用Clang

  • Linux系统可通过包管理器安装

  • Windows系统需要安装LLVM

基本使用：

clang++ -o program source.cpp

MSVC (Microsoft Visual C++)

MSVC是微软开发的C++编译器，主要针对Windows平台优化，与Visual Studio集成度很高。

主要特点：

  • Windows平台性能优化

  • 与Visual Studio深度集成

  • 调试工具功能强大

  • 支持Windows特有的API和库

  • 企业级支持和文档

适用场景：

  • Windows平台开发

  • 企业级应用开发

  • 需要Windows API支持的项目

  • 商业软件开发

安装方式：

  • 通过Visual Studio Community（免费版）安装

  • 包含完整的开发环境

基本使用：

cl /EHsc source.cpp

开发环境配置

Visual Studio Code

VS Code是微软开发的轻量级代码编辑器，通过插件可以变成功能强大的IDE。C++开发需要安装相应的插件。

推荐插件：

  • C/C++ Extension Pack：包含C++语言支持、调试器、IntelliSense等

  • CMake Tools：CMake项目支持

  • GitLens：Git集成增强

配置文件说明：

  • tasks.json：定义编译任务

  • launch.json：配置调试器

  • c_cpp_properties.json：设置编译器路径和包含目录

配置文件示例（.vscode/目录下）：

tasks.json - 编译任务配置：

{
    "version": "2.0.0",
    "tasks": [
        {
            "type": "shell",
            "label": "C++: g++ build active file",
            "command": "/usr/bin/g++",
            "args": [
                "-std=c++17",
                "-g",
                "-Wall",
                "-Wextra",
                "${file}",
                "-o",
                "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}"
            ],
            "options": {
                "cwd": "${fileDirname}"
            },
            "problemMatcher": ["$gcc"],
            "group": {
                "kind": "build",
                "isDefault": true
            }
        }
    ]
}

launch.json - 调试器配置：

{
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "name": "C++: g++ Debug",
            "type": "cppdbg",
            "request": "launch",
            "program": "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}",
            "args": [],
            "stopAtEntry": false,
            "cwd": "${fileDirname}",
            "environment": [],
            "externalConsole": false,
            "MIMode": "gdb",
            "setupCommands": [
                {
                    "description": "Enable pretty-printing",
                    "text": "-enable-pretty-printing",
                    "ignoreFailures": true
                }
            ],
            "preLaunchTask": "C++: g++ build active file",
            "miDebuggerPath": "/usr/bin/gdb"
        }
    ]
}

c_cpp_properties.json - IntelliSense配置：

{
    "configurations": [
        {
            "name": "Linux",
            "includePath": [
                "${workspaceFolder}/**",
                "/usr/include",
                "/usr/local/include"
            ],
            "defines": [],
            "compilerPath": "/usr/bin/g++",
            "cStandard": "c17",
            "cppStandard": "c++17",
            "intelliSenseMode": "gcc-x64"
        }
    ],
    "version": 4
}

优势：

  • 轻量级，启动速度快

  • 插件生态丰富

  • 跨平台支持

  • 免费使用

适用场景：

  • 轻量级开发

  • 跨平台开发

  • 插件定制需求

  • 学习和个人项目

CLion

CLion是JetBrains开发的C++ IDE，专为C++开发设计，功能强大且专业。

主要功能：

  • 智能代码补全和重构

  • 强大的调试器

  • 代码分析和检查

  • 版本控制集成

优势：

  • 专业的C++开发工具

  • 智能提示和错误检查

  • 重构功能强大

  • 支持远程开发

缺点：

  • 商业软件，需要付费

  • 资源占用较大

适用场景：

  • 专业C++开发

  • 大型项目开发

  • 需要强大调试功能

  • 团队协作开发

Visual Studio

Visual Studio是微软的集成开发环境，功能最为全面，特别适合Windows平台开发。

主要功能：

  • 完整的开发工具链

  • 强大的调试器

  • 性能分析工具

  • 团队协作功能

  • 丰富的扩展

优势：

  • 功能最全面

  • Windows平台优化

  • 企业级支持

  • 调试功能强大

缺点：

  • 仅支持Windows平台

  • 资源占用大

  • 学习曲线较陡

适用场景：

  • Windows平台开发

  • 企业级应用

  • 需要完整工具链

  • 团队开发

编译选项

基本编译选项

基本编译命令：

# 基本编译
g++ -o program source.cpp

# 指定C++标准
g++ -std=c++17 -o program source.cpp

# 开启所有警告
g++ -Wall -Wextra -o program source.cpp

# 开启优化
g++ -O2 -o program source.cpp

# 调试信息
g++ -g -o program source.cpp

选项说明：

  • -o program：指定输出文件名

  • -std=c++17：指定使用的C++标准版本

  • -Wall：开启所有常见警告

  • -Wextra：开启额外警告

  • -O2：开启二级优化

  • -g：生成调试信息

常用编译标志

标准相关：

  • -std=c++11：使用C++11标准

  • -std=c++14：使用C++14标准

  • -std=c++17：使用C++17标准

  • -std=c++20：使用C++20标准

警告相关：

  • -Wall：开启所有常见警告

  • -Wextra：开启额外警告

  • -Werror：将警告视为错误

  • -Wno-unused：忽略未使用变量警告

优化相关：

  • -O0：无优化（调试用）

  • -O1：基本优化

  • -O2：推荐优化级别

  • -O3：激进优化

  • -Os：优化代码大小

调试相关：

  • -g：生成调试信息

  • -ggdb：生成GDB调试信息

  • -DDEBUG：定义DEBUG宏

调试工具

GDB (GNU Debugger)

GDB是GNU项目开发的调试器，是Linux系统上最常用的调试工具。

基本使用：

gdb ./program

常用命令：

  • break main：在main函数设置断点

  • break filename:line：在指定文件的指定行设置断点

  • run：运行程序

  • run arg1 arg2：带参数运行程序

  • print variable：打印变量值

  • info locals：显示所有局部变量

  • step：单步执行（进入函数）

  • next：单步执行（不进入函数）

  • continue：继续执行

  • quit：退出GDB

使用场景：

  • 调试程序逻辑错误

  • 查看变量值变化

  • 分析程序崩溃原因

  • 性能分析

LLDB (LLVM Debugger)

LLDB是LLVM项目开发的调试器，是macOS和iOS开发的主要调试工具。

基本使用：

lldb ./program

常用命令：

  • breakpoint set -n main：在main函数设置断点

  • run：运行程序

  • frame variable：显示当前帧的变量

  • step：单步执行

  • next：单步执行（不进入函数）

  • continue：继续执行

优势：

  • 与Clang集成良好

  • 支持多种语言

  • 脚本化支持

Valgrind (内存检查)

Valgrind是内存调试和性能分析工具，主要用于检测内存泄漏和内存错误。

内存泄漏检查：

valgrind --leak-check=full ./program

内存错误检查：

valgrind --tool=memcheck ./program

性能分析：

valgrind --tool=callgrind ./program

主要功能：

  • 检测内存泄漏

  • 检测内存访问错误

  • 性能分析

  • 缓存分析

构建系统

Make

Make是最经典的构建工具，通过Makefile定义编译规则和依赖关系。

Makefile基本结构：

target: dependencies
    command

示例Makefile：

CC = g++
CFLAGS = -Wall -Wextra -std=c++17
TARGET = program
SOURCES = main.cpp utils.cpp

$(TARGET): $(SOURCES)
    $(CC) $(CFLAGS) -o $(TARGET) $(SOURCES)

clean:
    rm -f $(TARGET)

.PHONY: clean

优势：

  • 简单易学

  • 广泛支持

  • 依赖管理

  • 增量编译

CMake

CMake是跨平台的构建系统生成器，可以生成各种构建系统的文件。

CMakeLists.txt示例：

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(MyProject)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)

add_executable(program main.cpp utils.cpp)

target_include_directories(program PRIVATE include)
target_link_libraries(program PRIVATE some_library)

使用步骤：

mkdir build
cd build
cmake ..
make

优势：

  • 跨平台支持

  • 模块化设计

  • 依赖管理

  • IDE集成

包管理

vcpkg：

  • 微软开源包管理器

  • 支持Windows、Linux、macOS

  • 与Visual Studio集成良好

  • 支持CMake集成

Conan：

  • C++包管理器

  • 支持多种构建系统

  • 依赖解析

  • 版本管理

Hunter：

  • CMake包管理器

  • 轻量级

  • CMake原生支持

版本控制

Git基础

Git是分布式版本控制系统，是现代软件开发的标准工具。

基本操作：

git init                    # 初始化仓库
git add .                   # 添加所有文件
git commit -m "message"     # 提交更改
git branch                  # 查看分支
git checkout branch-name    # 切换分支
git merge branch-name       # 合并分支

工作流程：

  1. 创建或克隆仓库

  2. 创建分支进行开发

  3. 提交更改

  4. 合并到主分支

  5. 推送到远程仓库

.gitignore配置

C++项目.gitignore：

# 编译产物
*.o
*.exe
*.out
build/
bin/

# IDE文件
.vscode/
.idea/
*.vcxproj
*.sln

# 系统文件
.DS_Store
Thumbs.db

代码格式化

Clang-format

Clang-format是代码格式化工具，可以自动格式化C++代码。

配置文件：

BasedOnStyle: Google
IndentWidth: 4
ColumnLimit: 100

使用方式：

clang-format -i *.cpp

支持的风格：

  • Google：Google C++风格

  • LLVM：LLVM项目风格

  • Chromium：Chromium项目风格

  • Mozilla：Mozilla项目风格

代码检查

Clang-tidy：

  • 静态代码分析工具

  • 检查代码风格和潜在问题

  • 可配置规则

  • IDE集成支持

Cppcheck：

  • 开源代码质量检查工具

  • 检测内存泄漏、缓冲区溢出等问题

  • 支持多种检查模式

  • 轻量级

PVS-Studio：

  • 商业代码分析工具

  • 功能强大

  • 支持多种编译器

  • 详细的错误报告

SonarQube：

  • 代码质量管理平台

  • 支持多种语言

  • 持续集成支持

  • 团队协作功能

实用编译技巧

推荐编译命令组合

# 开发阶段（快速编译，便于调试）
g++ -std=c++17 -g -Wall -Wextra -o program source.cpp

# 发布阶段（优化性能）
g++ -std=c++17 -O2 -DNDEBUG -o program source.cpp

# 严格检查（捕获所有潜在问题）
g++ -std=c++17 -Wall -Wextra -Werror -pedantic -o program source.cpp

# 性能优化（针对当前CPU）
g++ -std=c++17 -O3 -march=native -flto -o program source.cpp

参数说明：

  • -std=c++17：使用C++17标准

  • -g：生成调试信息

  • -Wall -Wextra：开启所有警告

  • -Werror：将警告视为错误

  • -O2/-O3：优化级别

  • -DNDEBUG：禁用assert

  • -march=native：针对当前CPU优化

  • -flto：链接时优化