淺談怎樣加快C++代碼的編譯速度
C++代碼一直以其運(yùn)行時(shí)的高性能高調(diào)面對(duì)世人， 但是說(shuō)起編譯速度，卻只有低調(diào)的份了。比如我現(xiàn)在工作的源代碼，哪怕使用Incredibuild調(diào)動(dòng)近百臺(tái)機(jī)子，一個(gè)完整的build也需要四個(gè)小時(shí)，恐怖?。?！雖然平時(shí)開(kāi)發(fā)一般不需要在本地做完整的build，但編譯幾個(gè)相關(guān)的工程就夠你等上好一段時(shí)間的了（老外管這個(gè)叫monkey around，相當(dāng)形象）。想想若干年在一臺(tái)單核2.8GHZ上工作時(shí)的場(chǎng)景 - 面前放本書(shū)，一點(diǎn)build按鈕，就低頭讀一會(huì)書(shū)~~~往事不堪回首。
可以想象，如果不加以重視，編譯速度極有可能會(huì)成為開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)瓶頸。那么，為什么C++它就編譯的這么慢呢？
我想最重要的一個(gè)原因應(yīng)該是C++基本的"頭文件-源文件"的編譯模型：
1.每個(gè)源文件作為一個(gè)編譯單元，可能會(huì)包含上百甚至上千個(gè)頭文件，而在每一個(gè)編譯單元，這些頭文件都會(huì)被從硬盤(pán)讀進(jìn)來(lái)一遍，然后被解析一遍。
2.每個(gè)編譯單元都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)obj文件，然后所以這些obj文件會(huì)被link到一起，并且這個(gè)過(guò)程很難并行。
這里，問(wèn)題在于無(wú)數(shù)頭文件的重復(fù)load與解析，以及密集的磁盤(pán)操作。
下面從各個(gè)角度給出一些加快編譯速度的做法，主要還是針對(duì)上面提出的這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
一、代碼角度
1、在頭文件中使用前置聲明，而不是直接包含頭文件。
不要以為你只是多加了一個(gè)頭文件，由于頭文件的"被包含"特性，這種效果可能會(huì)被無(wú)限放大。所以，要盡一切可能使頭文件精簡(jiǎn)。很多時(shí)候前置申明某個(gè)namespace中的類(lèi)會(huì)比較痛苦，而直接include會(huì)方便很多，千萬(wàn)要抵制住這種誘惑；類(lèi)的成員，函數(shù)參數(shù)等也盡量用引用，指針，為前置聲明創(chuàng)造條件。
2、使用Pimpl模式
Pimpl全稱(chēng)為Private Implementation。傳統(tǒng)的C++的類(lèi)的接口與實(shí)現(xiàn)是混淆在一起的，而Pimpl這種做法使得類(lèi)的接口與實(shí)現(xiàn)得以完全分離。如此，只要類(lèi)的公共接口保持不變，對(duì)類(lèi)實(shí)現(xiàn)的修改始終只需編譯該cpp；同時(shí)，該類(lèi)提供給外界的頭文件也會(huì)精簡(jiǎn)許多。
3、高度模塊化
模塊化就是低耦合，就是盡可能的減少相互依賴(lài)。這里其實(shí)有兩個(gè)層面的意思。一是文件與文件之間，一個(gè)頭文件的變化，盡量不要引起其他文件的重新編譯；二是工程與工程之間，對(duì)一個(gè)工程的修改，盡量不要引起太多其他工程的編譯。這就要求頭文件，或者工程的內(nèi)容一定要單一，不要什么東西都往里面塞，從而引起不必要的依賴(lài)。這也可以說(shuō)是內(nèi)聚性吧。
以頭文件為例，不要把兩個(gè)不相關(guān)的類(lèi)，或者沒(méi)什么聯(lián)系的宏定義放到一個(gè)頭文件里。內(nèi)容要盡量單一，從而不會(huì)使包含他們的文件包含了不需要的內(nèi)容。記得我們?cè)?jīng)做過(guò)這么一個(gè)事，把代碼中最"hot"的那些頭文件找出來(lái)，然后分成多個(gè)獨(dú)立的小文件，效果相當(dāng)可觀。
其實(shí)我們?nèi)ツ曜鲞^(guò)的refactoring，把眾多DLL分離成UI與Core兩個(gè)部分，也是有著相同的效果的 - 提高開(kāi)發(fā)效率。
4、刪除冗余的頭文件
一些代碼經(jīng)過(guò)上十年的開(kāi)發(fā)與維護(hù)，經(jīng)手的人無(wú)數(shù)，很有可能出現(xiàn)包含了沒(méi)用的頭文件，或重復(fù)包含的現(xiàn)象，去掉這些冗余的include是相當(dāng)必要的。當(dāng)然，這主要是針對(duì)cpp的，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)頭文件，其中的某個(gè)include是否冗余很難界定，得看是否在最終的編譯單元中用到了，而這樣又可能出現(xiàn)在一個(gè)編譯單元用到了，而在另外一個(gè)編譯單元中沒(méi)用到的情況。
之前曾寫(xiě)過(guò)一個(gè)Perl腳本用來(lái)自動(dòng)去除這些冗余的頭文件，在某個(gè)工程中竟然去掉多達(dá)了5000多個(gè)的include。
5、特別注意inline和template
這是C++中兩種比較"先進(jìn)"的機(jī)制，但是它們卻又強(qiáng)制我們?cè)陬^文件中包含實(shí)現(xiàn)，這對(duì)增加頭文件的內(nèi)容，從而減慢編譯速度有著很大的貢獻(xiàn)。使用之前，權(quán)衡一下。
二、綜合技巧
1、預(yù)編譯頭文件（PCH）
把一些常用但不常改動(dòng)的頭文件放在預(yù)編譯頭文件中。這樣，至少在單個(gè)工程中你不需要在每個(gè)編譯單元里一遍又一遍的load與解析同一個(gè)頭文件了。
2、Unity Build
Unity Build做法很簡(jiǎn)單，把所有的cpp包含到一個(gè)cpp中(all.cpp) ,然后只編譯all.cpp。這樣我們就只有一個(gè)編譯單元，這意味著不需要重復(fù)load與解析同一個(gè)頭文件了，同時(shí)因?yàn)橹划a(chǎn)生一個(gè)obj文件，在鏈接的時(shí)候也不需要那么密集的磁盤(pán)操作了,估計(jì)能有10x的提高，看看這個(gè)視頻感受一下其做法與速度吧。
3、ccache
compiler cache, 通過(guò)cache上一次編譯的結(jié)果，使rebuild在保持結(jié)果相同的情況下，極大的提高速度。我們知道如果是build，系統(tǒng)會(huì)對(duì)比源代碼與目標(biāo)代碼的時(shí)間來(lái)決定是否要重新編譯某個(gè)文件，這個(gè)方法其實(shí)并不完全可靠(比如從svn上拿了上個(gè)版本的代碼)，而ccache判斷的原則則是文件的內(nèi)容，相對(duì)來(lái)講要可靠的多。
很可惜的是，Visual Studio現(xiàn)在還不支持這個(gè)功能 - 其實(shí)完全可以加一個(gè)新的命令，比如cache build，介于build與rebuild之間，這樣，rebuild就可以基本不用了。
4、不要有太多的Additional Include Directories
編譯器定位你include的頭文件，是根據(jù)你提供的include directories進(jìn)行搜索的?？梢韵胂?，如果你提供了100個(gè)包含目錄，而某個(gè)頭文件是在第100個(gè)目錄下，定位它的過(guò)程是非常痛苦的。組織好你的包含目錄，并盡量保持簡(jiǎn)潔。
三、編譯資源
要提高速度，要么減少任務(wù)，要么加派人手，前面兩個(gè)方面講得都是減少任務(wù)，而事實(shí)上，在提高編譯速度這塊，加派人手還是有著非常重要的作用的。
1、并行編譯
買(mǎi)個(gè)4核的，或者8核的cpu，每次一build，就是8個(gè)文件并行著編，那速度，看著都爽。 要是你們老板不同意，讓他讀讀這篇文章：Hardware is Cheap, Programmers are Expensive
2、更好的磁盤(pán)
我們知道，編譯速度慢很大一部分原因是磁盤(pán)操作，那么除了盡可能的減少磁盤(pán)操作，我們還可以做的就是加快磁盤(pán)速度。比如上面8個(gè)核一塊工作的時(shí)候，磁盤(pán)極有可能成為最大的瓶頸。買(mǎi)個(gè)15000轉(zhuǎn)的磁盤(pán)，或者SSD，或者RAID0的，總之，越快越好。
3、分布式編譯
一臺(tái)機(jī)子的性能始終是有限的，利用網(wǎng)絡(luò)中空閑的cpu資源，以及專(zhuān)門(mén)用來(lái)編譯的build server來(lái)幫助你編譯才能從根本上解決我們編譯速度的問(wèn)題，想想原來(lái)要build 1個(gè)多小時(shí)工程的在2分鐘內(nèi)就能搞定，你就知道你一定不能沒(méi)有它 - Incredibuild。
4、并行，其實(shí)還可以這么做。
這是一個(gè)比較極端的情況，如果你用了Incredibuild，對(duì)最終的編譯速度還是不滿(mǎn)意，怎么辦？其實(shí)只要跳出思維的框架，編譯速度還是可以有質(zhì)的飛躍的 - 前提是你有足夠多的機(jī)器：
假設(shè)你有solution A和solution B，B依賴(lài)于A，所以必須在A之后Build B。其中A，B Build各需要1個(gè)小時(shí)，那么總共要2個(gè)小時(shí)?？墒荁一定要在A之后build嗎？跳出這個(gè)思維框架，你就有了下述方案：
◦同時(shí)開(kāi)始build A和B 。
◦A的build成功，這里雖然B的build失敗了，但都只是失敗在最后的link上。
◦重新link B中的project。
這樣，通過(guò)讓A的build與B的編譯并行，最后link一下B中的project，整個(gè)編譯速度應(yīng)該能夠控制在1個(gè)小時(shí)15分鐘之內(nèi)。
原文鏈接：http://www.debuggingnow.com/blog/2010/01/how-to-improve-build-performance-of-cpp-code.html
希望本文能給你幫助。
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