برخی از پرچم‌ها و تنظیمات مهمِ کامپایلر‌ها

[کامبیز اسدزاده 618]

همانطور که می‌دانید در زبان‌های برنامه‌نویسی از نوع کامپایلری، گزینه‌ها و تنظیماتی وجود دارند که به شما امکان این را می‌دهد تا رفتار کامپایلر (هم‌گردان) را تا حدی سفارشی سازی کنید. این امکان به کمک تنظیمات پرچم‌ها (فلگ‌ها) و برخی از گزینه‌ها قابل انجام است و انتخاب پرچم‌های مناسب برای کامپایلر می‌تواند مورد توجه قرار بگیرد.

با توجه به دو مقاله‌ای که با عناوین زیر ارائه شده است، در این مقاله به جزئیات بیشتری نسبت به تنظیمات کامپایلر (هم‌گردان یا مترجم) می‌پردازیم که البته توصیه می‌کنم در صورت عدم آشنایی با تعاریف مربوطه و به خصوص روند ترجمهٔ کد‌ها و ساختار برنامه‌های نوشته شده توسط سی‌پلاس‌پلاس، بهتر است آن‌ها را بررسی کنید.

 

در مثال زیر، نسخهٔ کامپایلر همراه با اطلاعات مربوط به آن، توسط گزینهٔ option در خط فرمان قابل دریافت است:

gcc --version

خروجی مربوطه می‌تواند نسبت به نسخهٔ کامپایلر به صورت زیر باشد:

gcc (Ubuntu 9.3.0-17ubuntu1~20.04) 9.3.0
Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

در حالت پیش‌فرض تنظیمات کامپایلر به صورت خودکار انجام می‌شود. اما در صورتی که نیاز باشد برخی از درخواست‌ها توسط کامپایلر مورد توجه قرار بگیرد و یا برای دیگران آن را گوشزد کند، از این ویژگی‌ها استفاده می‌شود. در چنین شرایطی می‌تواند به کامپایلر بگوید که کاربر می‌خواهد کد را برای اشکال‌زدائی بهینه کند یا اینکه کاربر نمی‌خواهد هیچ بهینه‌سازی خاصی برای آن فعال شود. این عمل معمولاً در سراسر خط فرمان قابل استفاده است و به عنوان مکانیزمی برای دستورالعمل‌ برنامه برای انجام عملیاتی یا رفتاری به روش خاص عمل می‌کند.

به طورکلی، گزینهٔ کامپایلر به عنوان یک عبارت بسیار حساس، برای خط فرمان است که برای تغییر عملکرد پیشفرض کامپایلر استفاده می‌شود. در اصل این گزینه‌ها برای کامپایل برنامهٔ شما اجبار نیستند، اما برای کمک به کنترل نبه‌های مختلف برنامه بسیار مفید خواهند بود. از جمله:

• تولید کد
• بهینه‌سازی
• فایل خروجی (نوع، نام، مکان)
• خواص پیوند‌-دهنده
• اندازه فایل اجرائی
• سرعت اجرایی

اینکه نیاز باشد کدی را بهینه‌سازی کنید، و یا مسائلی را برای دیگران گوشزد کنید کاملاً سلیقه‌‌ای است و شما در روند توسعهٔ حرفه‌ای خود می‌توانید از این تکنیک استفاده کنید.

ساده‌ترین کاربرد این تکنیک می‌تواند وادار کردن استفادهٔ کامپایلر از یک استاندارد مشخص شده باشد که در صورت پشتیبانی از آن چه به صورت عقب‌گرد و چه به صورت سوئیچ به استاندارد‌های اخیر کاربرد خواهد داشت.

برای مثال، پرچم std نسخه یا استاندارد ایزو از سی‌پلاس‌پلاس را کامپایلر‌های رایجی مانند Clang و GCC مشخص می‌کند که به صورت زیر تعریف می‌شوند:

• -std=c++11 (ISO C++11)
• -std=c++14 (ISO C++14)
• -std=c++1z (ISO C++17)
• -std=c++20 (C++20 experimental)
• -std=gnu++ (ISO C++ with GNU extensions)

معادل پرچم استاندارد در کامپایلر MSVC به صورت زیر است:

• /std:c++14
• /std:c++17
• /std:c++latest
• /std:c11 /std:c17

نکته، گزینهٔ /std از نسخهٔ ۲۰۱۷ به بعد از کامپایلر مایکروسافت در دسترس است. به صورت پیش‌فرض در این نسخه از کامپایلر این گزینه بر روی استاندارد ۱۴ تنظیم شده است. در صورت نیاز به ارتقاء آن به نسخهٔ ۱۷ طبق نمونه عمل کنید. همچنین طبق قوائد مایکروسافت استاندارد نهایی شده از آخرین ویژگی‌ها در کامپایلر تحت /std:c++latest قابل دسترس می‌باشد که در این لحظه شامل استاندارد ۲۰ می‌شود.

گزینهٔ Verbosity به عنوان اِسم یا Verbose از نوعِ صِفَت به معنای دراز‌نویسی (بهتر است به معنای ارائه‌‌کنندهٔ اطلاعات بیشتر به آن توجه شود)، با کاراکتر W که به عنوان مخففی از Warning محسوب می‌شود قابل تنظیم است.

بنابراین، پرچم‌های زیر برای اهداف مشخصی در نظر گرفته می‌شوند که توضیحات هر یک را در مقابل آن آورده‌ایم:

پرچم -Wall با فعال شدن، تعداد زیادی از پرچم‌های هشدار دهندهٔ کامپایلر را به طور خاص و باهم روشن می‌کند که لیست آن به صورت زیر است:

• -Waddress
• -Warray-bounds=1 (only with -O2)  
• -Warray-parameter=2 (C and Objective-C only) 
• -Wbool-compare
• -Wbool-operation
• -Wc++11-compat  -Wc++14-compat
• -Wcatch-value (C++ and Objective-C++ only)  
• -Wchar-subscripts
• -Wcomment
• -Wduplicate-decl-specifier (C and Objective-C only) 
• -Wenum-compare (in C/ObjC; this is on by default in C++) 
• -Wenum-conversion in C/ObjC; 
• -Wformat   
• -Wformat-overflow  
• -Wformat-truncation
• -Wint-in-bool-context
• -Wimplicit (C and Objective-C only) 
• -Wimplicit-int (C and Objective-C only) 
• -Wimplicit-function-declaration (C and Objective-C only) 
• -Winit-self (only for C++) 
• -Wlogical-not-parentheses 
• -Wmain (only for C/ObjC and unless -ffreestanding)  
• -Wmaybe-uninitialized
• -Wmemset-elt-size
• -Wmemset-transposed-args
• -Wmisleading-indentation (only for C/C++) 
• -Wmissing-attributes
• -Wmissing-braces (only for C/ObjC) 
• -Wmultistatement-macros  
• -Wnarrowing (only for C++)  
• -Wnonnull
• -Wnonnull-compare
• -Wopenmp-simd
• -Wparentheses
• -Wpessimizing-move (only for C++)  
• -Wpointer-sign
• -Wrange-loop-construct (only for C++)  
• -Wreorder
• -Wrestrict
• -Wreturn-type
• -Wsequence-point
• -Wsign-compare (only in C++)  
• -Wsizeof-pointer-div
• -Wsizeof-pointer-memaccess
• -Wstrict-aliasing
• -Wstrict-overflow=1
• -Wswitch
• -Wtautological-compare
• -Wtrigraphs
• -Wuninitialized
• -Wunknown-pragmas
• -Wunused-function
• -Wunused-label
• -Wunused-value
• -Wunused-variable
• -Wvla-parameter (C and Objective-C only) 
• -Wvolatile-register-var
• -Wzero-length-bounds

برای مثال، با فعال‌سازی پرچم -Werror، هرگونه هشدار را به خطای تلفیقی تبدیل می‌کند. این کار باعث می‌شود خطاهای مربوط به کد‌های خطرناک را به گونه‌ای جلوه دهید که از کامپایل آن‌ها جلو‌گیری شود. کار‌های مشابه این مورد، به صورت پیش‌فرض در زبان‌های مانند Rust انجام می‌شود که از کد‌های دارای خطا و خطرناک برای کامپایل جلوگیری می‌کند. به کار گیری چنین پرچم‌هایی در کامپایلر سی++ می‌تواند خطاهای شامل هشدار رو به خطاهای غیر قابل کامپایل تبدیل کند.

جهت تنظیم این پرچم در پروژهٔ خود کافی است در ابزار ساخت مورد نظر آن را اعمال کنید، به عنوان مثال در سی‌میک (CMake) به صورت زیر عمل کنید:

SET (CMAKE_CXX_FLAGS "-Werror")

و یا در QMake به شیوهٔ زیر می‌توانید این ویژگی را فعال کنید:

QMAKE_CXXFLAGS += -Werror

برای مثال، کد زیر در صورت فعال بودن این پرچم، کامپایل نخواهد شد.

int myFunction() {
  //‌no return!
}

auto main() -> int {
    
    return 0;
}

خروجی این پیام به صورت زیر خواهد بود:

error: no return statement in function returning non-void [-Werror=return-type]

به معنای این ‌که هیچ بیانیه‌ای به عنوان عبارت بازگشتی در تابع مربوطه که از نوع غیر-باطل (non-void) است، وجود ندارد.

بسیاری از این گزینه‌ها برای هدف خاصی در نظر گرفته می‌شوند که می‌توانید جزئیات بیشتر آن را در این لینک پیدا کنید.

برخی از پرچم‌های رایج برای کتابخانه‌ها

• گزینهٔ پرچم -lm امکان کامپایل کتابخانه‌های libm نوع سوم را به همراه کتابخانه‌های ریاضیاتی که عموماً به زبان سی هستند را می‌دهد.
• گزینهٔ پرچم -lpthread امکان کامپایل کتابخانه‌های مشترک از استاندارد پازیکس (Posix) را ارائه می‌کند.
• گزینهٔ پرچم -lstdc++fs امکان کامپایل و لینک شدن به کتابخانهٔ فایل‌سیستم را در استاندارد ۱۷ به بعد می‌دهد.

پرچم‌های بهینه‌سازی تحت کامپایلر‌

1. با فعال‌سازی و اعمال پرچم-O0 هیچ گونه بهینه‌سازی بر روی کد‌ها انجام نمی‌شود، در اصل امکان بهینه‌سازی کاملاً غیرفعال می‌شود. زمان کامپایل و همگردانی کد‌ها سریع‌تر می‌شود و برای ابزار‌های اشکال‌زدائی بهترین عملکرد را دارد.
2. با فعال‌سازی و اعمال پرچم-O2 سطح بالا‌تری از بهینه‌سازی صورت می‌گیرد، ترکیبی از حالت بهینه‌سازی و سطح قبلی را اعمال می‌کند و طبیعتاً زمان بیشتری صرف کامپایل می‌شود و گزینهٔ بهتری برای ساخت یک محصول بهتر است.
3. با فعال‌سازی و اعمال پرچم-O3 سطح بالا‌تری نسبت به سطح دوم از بهینه‌سازی صورت می‌گیرد، طبیعتاً زمان بیشتری صرف کامپایل می‌شود و گزینهٔ بهتری برای ساخت یک محصول بهتر است. از طرفی حجم باینری بیشتری را تولید کرده و زمان کامپایل طولانی‌تری را تحمیل می‌کند.
4. با فعال‌سازی و اعمال پرچم-OFast سطح بالا‌تری نسبت به سطح سوم از بهینه‌سازی صورت می‌گیرد، طبیعتاً زمان بیشتری صرف کامپایل می‌شود و گزینهٔ بسیار بیشتری مانند -ffloat-store, -ffsast-math, -ffinite-math-only, -O3 را فعال می‌کند و برای ساخت یک محصول بهتر است.
5. با فعال‌سازی و اعمال پرچم -OS امکان سطح دوم از بهینه‌سازی فعال می‌شود، با تفاوت اینکه برخی از پرچم‌ها با هدف کاهش اندازهٔ فایل کدِ شیء (object-code) غیرفعال می‌‌شوند.
6. با فعال‌سازی و اعمال پرچم-Oz سطح بالا‌تری نسبت به سطح -OS برای کاهش اندازهٔ فایل صورت می‌گیرد. این گزینه مختصِ Clang است.

توضیحات و مراجع دقیق و بیشتر در رابطه با عملیات مربوط به پرچم‌های بهینه سازی در کامپایلر‌های مختلف به صورت زیر است:

• کامپایلر GCC
• کامپایلر Clang
• کامپایلر MSVC

دقت کنید که نوع پرچم‌ها نسبت به کامپایلر‌ها متفاوت است، برای مثال پرچم -Od به معنای غیر‌فعال‌سازی تمامی بهینه‌سازی‌ها و جمع‌آوری و کامپایل سریع کد‌ها و در نهایت اشکال‌زدائی بهتر است که در Clang و MSVC پشتیبانی می‌شود و یا پرچمِ -OS صرفاً بر روی کامپایلر کلنگ قابل استفاده است.

نقل قول

این مقاله به‌روز و به مرور زمان کامل‌تر خواهد شد.