怎么快速构建自己的C/C++程序？——有关编译、静态链接和SCons

1. 写在前面

最初写C++是在Visual Studio这个IDE里，那时我并没有makefile的概念，对程序的编译和链接的一些概念也是比较模糊。在VS下，随便增加h/cpp文件，基本上按下编译运行只要不报错就能运行。

后来开始尝试在linux平台写程序时，为避免编写makefile，曾经一度在Ubuntu里使用Code Block这个IDE。

使用IDE也有很多不爽的地方。再后来我就习惯于在Win下用Sublime的文本编辑器写程序，因为它有很好的目录层级，然后扔到linux上去编译。发现不用makefile基本控制不了不断膨胀的代码，然而又发现即便用各种自动工具去生成makefile学习曲线依然有些陡峭。

在探索cmake、autuomake的途中，了解到了SCons。这是一个可以用python去编写类似makefile的工具，它的使用难度相比cmake和automake都要简单不少。有了SCons这一神器，makefile便不再可怕，而是一件很简单的事情了。

本文首先简单介绍有关编译和静态链接的相关知识，不去涉及更复杂的动态链接等知识，真的是简单介绍；再介绍如何用SCons简单且快速地去构建自己的程序。对编译和链接过程有所了解，可以在构建过程更清楚发生了什么，明白链接时报错的意思。

2. 编译与静态链接

2.1 编译Hello World

当我们编写最简单的"Hello World"代码后，将它编译运行。

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("Hello World");
    return 0;
}

gcc hello.c

这时会经过四个步骤，分别是预处理、编译、汇编和链接。

预处理：处理掉源代码文件中那些“#”号开始的预编译指令，删除掉注释等。
编译：最复杂的部份，经过词法分析、语法分析、语义分析及优化产生相应的汇编语言文件。
汇编：将汇编代码转换机器语言，生成可重定位目标文件，也就是构建过程中常见的.o文件。
链接：将必要的目标文件组合起来，生成可执行文件。

2.2 目标文件

目标文件有三种：

可重定位目标文件。在Linux是常见的.o文件。包含二进制代码和数据，可以在链接时与其他可重定位目标文件合并，创建可执行目标文件。
可执行目标文件。包含了二进制代码，可以被拷贝至内存并执行。
共享目标文件。特殊类型的可重定位目标文件，可以在加载或者运行时被动态地加载到内存中并链接。

在程序构建的过程，编译器和汇编器生成可重定位目标和共享目标文件，链接器生成可执行文件。它们在Linux下使用ELF格式存储，是可执行和可链接格式（Executable and Linkable Format, ELF）的缩写。

2.2.1 可重定位目标文件

目标文件中有变量定义在别的模块中。在C/C++中模块之间可以通过函数调用，可以去使用别的模块定义的全局变量。

2.3 静态链接

2.3.1 符号解析

2.2.2 重定位

3. 使用Scons构建自己的程序

以下是scons编译panguan的脚本

#!/usr/bin/scons -f
# coding:utf-8
import os

process_name = 'panguan-v0.1'

def all_dir(ori_dir):
    src_set = []
    for root, dirs, files in os.walk(ori_dir):
        for dir in dirs:
            path = os.path.join(root, dir)
            src_set.append(path)
    return src_set

def all_src_file(dir):
    src_set = []
    for root, dirs, files in os.walk(dir):
        for file in files:
            path = os.path.join(root, file)
            if file.lower().endswith(('.cpp', '.c')):
                src_set.append(path)
    return src_set

def main():
    env = Environment(ENV=os.environ)

    # add the gcc complie(above 4.8) pos
    env.PrependENVPath('PATH', '/usr/local/gcc-4.8.5/bin')
    env.PrependENVPath('LIBRARY_PATH', '/usr/local/gcc-4.8.5/lib64')
    env.PrependENVPath('CPLUS_INCLUDE_PATH',
        '/usr/local/gcc-4.8.5/include/c++/4.8.5')
    
    # add the nanomsg lib pos
    # env.PrependENVPath('CPLUS_INCLUDE_PATH', 'lib/include')
    # env.PrependENVPath('LIBRARY_PATH', 'lib/lib')
    # env.PrependENVPath('LD_LIBRARY_PATH', 'lib/lib')

    # modify argues
    env.Replace(CCFLAGS='-Wl,--no-as-needed -std=c++11 -Wall -g -Wno-reorder -lpthread -pthread')
    env.Replace(LINKFLAGS='-Wl,--no-as-needed -std=c++11 -Wall -g -Wno-reorder -lpthread -pthread')
    header_path = []
    header_path += all_dir('common')
    env.Prepend(CPPPATH=header_path)

    common_src = []
    common_src += all_src_file('common')
    env.StaticLibrary('common/common', common_src)
    env.Prepend(LIBPATH=['common'])
    env.Prepend(LIBS=['common'])

    header_path += all_dir('src')
    env.Prepend(CPPPATH=header_path)

    src_file = []
    src_file += all_src_file('src')
    env.Program(process_name, src_file)

if __name__ != '__main__':
    main()