ساختار برنامه‌های نوشته شده تحت ++C

[کامبیز اسدزاده 618]

مراحل ساخت برنامه‌ در زبان سی‌پلاس‌پلاس ^{پیش نویس ۰.۶}

قبل از هر چیز به اینفوگرافی زیر توجه کنید که مراحل ساخت برنامه در سی‌پلاس‌پلاس را نشان می‌دهد.

مقدمه‌ای بر همگردانی (کامپایل) و اتصال (لینک کردن)

این سند مرور مختصری در رابطه با مراحل را برای شما فراهم می‌کند تا به شما در درک دستورات مختلف برای تبدیل و اجرای برنامهٔ خودتان کمک کند.

تبدیل مجموعه‌ای از فایل‌های منبع و هدر در سی‌پلاس‌پلاس به یک فایل خروجی و اجرایی در چندین گام (به طور معمول در چهار گام) پیش‌پردازنده (Preprocessors)، کامپایل و گرد‌آوری (Compilation)، اسمبلر (Assmbler) و پیوند دهنده (Linker) تقسیم می‌شود.

قبل از هر چیز اگر در محیط توسعهٔ Qt Creator داخل فایل .pro مقدار زیر را وارد کنید، تا بتوانید فایل‌های ساخته شدهٔ موقت در زمان کامپایل را مشاهده کنید.

QMAKE_CXXFLAGS += -save-temps

این دستور اجازهٔ آن را خواهد داد تا فایل‌هایی با پسوند .ii و  .s در شاخهٔ بیلد پروژه تولید شوند که در ادامه به آن‌ها اشاره شده است.

تعریف پیش‌پردازنده

پیش‌پردازنده‌ها (Preprocessors) درواقع دستوراتی هستند که اجازه می‌دهند تا کامپایلر قبل از آغاز کردن مراحل کامپایل دستوراتی را دریافت کند. پیش‌پردازنده‌ها توسط هشتگ (#) مشخص می‌شوند این نماد در سی‌++ مشخص میکند که دستور فوق از نوع پیش‌پردازنده می‌باشد که نتیجهٔ آن در قالب ماکرو (Macro) در دسترس خواهد بود. برای مثال ماکروی __DATE__ توسط پیش‌پردازنده‌ها از قبل تعریف شده است که مقدار تاریخ و زمان را بازگشت می‌دهد. بنابراین هرکجا که از آن استفاده شود کامپایلر آن را جایگزین متن خواهد کرد.

در شکل زیر مرحله‌ای که از پیش‌پردازنده‌ها استفاده می‌شود آمده است:

پیش‌پردازنده، کامپایل (گردآوری کردن)، لینک (پیوند کردن) و ساخت برنامه اجرایی

فرایند تبدیل مجموعه‌ای از فایل‌های متنی هِدر و سورس سی‌++ را «ساخت» یا همان Building می‌گویند. از آنجایی که ممکن است کُد پروژه در بسیاری از فایل‌ها هدر و سورس سی++ توسعه و گسترش یابدمراحل ساخت در چند گام کوچک صورت می‌گیرد. یکی از رایج‌ترین موارد در مراحل گردآوری (ترجمهٔ یک کد سی‌پلاس‌پلاس به دستورالعمل‌های قابل فهم ماشین) است. اما گام‌های دیگری نیز وجود دارد، پیش‌پردازنده و لینک (پیوند‌ها) این بخش به طور خلاصه توضیح می‌دهد که چه اتفاقی در هر یک از مراحل رُخ می‌دهد.

یک کامپایلر یک برنامهٔ خاص است که پردازش اظهارات (دستورات) نوشته شده در یک زبان برنامه‌نویسی خاص را به یک زبان ماشین که قابل فهم برای پردازنده می‌باشد تبدیل کند. به طور معمول یک برنامه‌نویس با استفاده از یک ویرایشگر که به محیط توسعهٔ یکپارچهٔ نرم‌افزار (IDE) مشهور است توسط زبان برنامه‌نویسی مانند ++C دستورات (اظهارات) را می‌نویسد.

فایل ایجاد شده با نام (filename.cpp در زبان برنامه‌نویسی سی‌پلاس‌پلاس) شامل محتوایی است که معمولاً به عنوان دستورات برنامه‌نویسی سطح بالا نامیده می‌شود. سپس برنامه‌نویس کامپایلرِ مناسب برای زبان برنامه‌نویسی مانند سی++ را اجرا می‌کند و نام فایل‌هایی که حاوی دستورات هستند را برای کامپایل مشخص می‌کند که این انتخاب و مشخص سازی توسط IDE به راحتی قابل مدیریت است. پس از آن، کار کامپایلر این است که فایل‌های منبع .cpp را جمع آوری کرده و پیش‌پردازنده‌ها را بررسی کند تا دستورات احتمالی را اجرا نماید که نتیجهٔ این مرحله در فایلی با پسوند .ii ر قالب filename.ii تولید می‌شود که در این فرایند نیز خط به خط کُد‌های موجود در آن‌ها را بررسی می‌کند تا خطاهای احتمالی نحو (سینتکس - Syntax) بررسی می‌شود و آن‌ها را به طور ترتیبی به دستورالعمل‌های سطح ماشین تبدیل کند.

توجه داشته باشید که هر نوع پردازندهٔ کامپیوتر دارای مجموعه‌ای از دستورالعمل‌هایِ ماشین خودش است. بنابراین کامپایلر تنها برای سی++ نیست، بلکه برای اهداف و مقاصد خاص هر پلتفرم است. پس کد‌هایی که توسط پیش‌پردازنده سی‌پلاس‌پلاس به زبان اسمبلی برای معماری مورد نظر در پلتفرم مقصدترجمه شده‌اند نتایج آن در فایلی با پسوند .ss در قالب filename.ss قابل نمایش هستند که در حالت عادی قابل رویت نیست.

توجه داشته باشید که باید در این مرحله باید مشخص شود برنامه قرار است توسط چه نوع پردازنده‌ای تحتِ چه نوع معماری مونتاژ (اسمبل) شود. برای مثال پردازنده‌ها با انواع معماری‌های مختلف وجود دارند که برخی از آن‌ها به صورت x86-x64، x64، ARMv7، aarch64  غیره ... می‌باشند.

شکل یک (کامپایل یک فایل منبع ++C)

مرحلهٔ سوم را در نظر داشته باشید که عمل کامپایل فایل سی‌پلاس‌پلاس در دو مرحله قبلی یک فایل اجرایی را تولید نمی‌کند. برنامه‌ای که توصیف شده است، احتمالاً توابعی را در رابط‌های برنامه‌نویسی (API) و یا توابع ریاضی یا توابع مرتبط با I/O را فراخوانی کند که ممکن است شامل فایل‌های هدر مانند iostream یا fstream و حتی ماژول‌های دیگری که در زبان‌ تعبیه شده‌اند را داشته باشد که فایل تولید شده توسط کامپایلر در این مرحله یک فایل شیء نامیده می‌شود که با پسوند .o به صورت filename.o تولید خواهد شد که علاوه بر دستورالعمل‌های تبدیل شده  به کد ماشین، شامل توابع و دستورالعمل‌های خارجی نیز می‌باشد. هرچند در این مرحله دستورات تبدیل به دستورالعمل‌های قابل فهم توسط پردازنده شده‌اند اما فعلاً قابل اجرا نیستند چرا که باید این توابع خارجی افزوده شده را به آن لینک کرد که در مرحلهٔ بعد یعنی مرحلهٔ چهارم اتفاق می‌افتد.

در نهایت مرحلهٔ چهارم فایل با پسوند .o که شامل کد‌های تولید شده توسط کامپایلر به زبان ماشین است که پردازنده‌ها می‌توانند این دستورات را درک کنند که همراه با کد‌های تولید شدهٔ هر کتابخانهٔ دیگری که مورد نیاز است توسط لینکر (لینک شده) و در نهایت جهت تولید یک فایل اجرایی مورد استفاده قرار می‌گیرند که نوع آن فایل از نوع اجرایی یا در واقع Executable File خواهد بود.

شرح کامل فرایند ساخت فایل اجرایی

اکثر پروژه‌ها دارای مجموعه‌ای از فایل‌های هدر سی++ هستند، که امکان ماژولار شدن در آن را فراهم می‌کند و مجموعه‌ای از آن می‌تواند به عنوان بخش‌های کوچکی از برنامه محسوب شوند. برای ساخت چنین پروژه‌هایی هر فایل سی‌پلاس‌پلاس باید کامپایل شود و سپس فایل‌های ساخته شده در قالب شیء (آبجکت) باید همراه توابع و کتابخانه‌های دیگر لینک (پیوند) شوند. البته هر گام از مراحل کامپایل شامل یک مرحله پیش‌پردازنده است که دستورالعمل # عمل تغییرات و اصلاحیه‌ها را در فایل متن اعمال می‌کند.

شکل زیر فرایند ساخت چند فایل به صورت همزمان را نشان می‌دهد:

در ادامهٔ این مقاله، مطلبی مرتبط با تنظیمات بیشتر از کامپایلر آمده است که می‌توانید آن را مورد مطالعه قرار دهید.

 

ویرایش شده در مهر 99 توسط کامبیز اسدزاده
به‌روز رسانی و ارسال لینک تنظیمات کامپایلر