[开发工具]【开发环境配置】VScode + gcc + cmake in Windows

主流C++编译器

参考文档
原视频

1. Gnu Complier Collection

一组编译器套件，并非单独的一个编译器。包含C/C++、Objective-C、Java、Go等语言的编译器，以及这些语言的库（e.g. libstdc++、libgcj）

gcc/g++：gcc 和 GCC 是两个不同的东西，gcc 是 GCC 中的 GNU C Complier（C编译器），而 g++ 是 GCC 中的 GNU C++ Complier（C++编译器）。

而究其本质，gcc/g++ 不是编译器，只是一种驱动器，根据参数中要编译的文件类型（.c .cpp)调用相应的GNU编译器。

• gcc 将 .c 文件和 .cpp文件分别当做 c 和 c++ 文件编译，不自动连接 STL
• g++ 将 .c 文件和 .cpp文件统一当做 c++ 文件编译，并且自动连接 STL

因此，使用 gcc 编译 c++ 文件，需要手动加参数 -lstdc++ 以使用 STL，但并非gcc -lstdc++与g++等价。

2. Clang

基于LLVM

传统编译器架构：

• Frontend 前端：语法分析，生成中间代码
• Optimizer 优化器：优化中间代码
• Backend 后端：生成机器码

LLVM：一种新式编译器架构，它的 前端 和 后端 是模块化的，而所有的前端通过同一个LLVM优化器，再分别链接不同的后端。
比如，Clang 就是 LLVM 对于 C/C++ 的Frontend，对于其它语言来说，也都有各自对应的前端。而针对不同的体系结构如 x86、arm，也有相应的 LLVM for x86/arm Backend。

• 如果需要支持一种新的编程语言，只需要实现一个新的前端
• 如果需要支持一中新的硬件设备，也只需要实现一个新的后端

对于传统编译器如 GCC 来说，每一种语言都需要一个前端、一个后端、一个优化器，前后端高耦合，扩展性显而易见地弱于 LLVM。

相较于 GCC，Clang还具有以下优点：

• 编译速度快
• 占用内存小
• 中间代码可读性强，便于调试和诊断

3. Microsoft C++ Collection

Microsoft Visual C++，即 MSVC，是 Windows Visual Studio 的一部分，是其中C、C++ 和汇编语言的开发工具和库

可以同时安装 VS2015/17/19 三个版本，它们编译器大版本都是14

Q：为什么不同的处理器需要不同的C++编译器？
A：不同的CPU体系结构（x86、x64、arm）具有不同汇编指令集，而编译器恰恰是把C++代码翻译成汇编代码的工具。

Q：为什么不同的操作系统厂商也在发展各自的编译器？
A：虽然C++标准库是一样的，但是在不同操作系统上的实现不同，因为需要适配不同操作系统的自有头文件和动态库等。（e.g. windows sdk、win32 API、linux-xx-dev）

Q：What is GNU？
A：GNU is Not Unix，是自由软件基金会发起的一项计划，这个计划中包含许许多多的软件，GCC 编译器是其中之一，而Linux系统本身也是一个GNU软件。GNU 规定了这些软件需要遵守的一些协议条款，满足这些协议的软件就被视为GNU软件，其中最著名的就是GPL协议。其实，70年代出现的UNIX 作为一种商业用操作系统不开源、不免费（e.g. solaris）。因此1985年，Richard Stallman创立自由软件基金会为GNU计划提供支持，GNU的最终目标就是开发一套开源免费的操作系统，并设计了开源免费的内核Hurd。当时的计算机并没有各种各样的io设备，所谓的操作系统基本等于内核。Linus Torvalds在1991年设计出了开源、免费的Unix-like的内核Linux，并且由于其Unix-like的特性，使其可以兼容许多Unix软件，相较于Hurd优势巨大。而Linux的开源协议，恰恰就是GPL。在开源过程中，GNU中的许多工具（GNU包含许多软件，且均开源，这些软件中有一些工具性质的软件，比如GCC）被集成到Linux平台。最后，GNU的计划也算成功实现了——虽然Hurd失败了，但Linux成功了。Linux的发行版，指的是使用Linux内核，并做了一些其它功能的操作系统软件。

step1 安装MinGW和cmake

MinGW
cmake

1. 下载 MinGW 和 cmake
2. 找到文件夹 …\MinGW\bin，复制该文件的路径
3. 设置环境变量，在用户变量的 Path 中新建一个环境变量，将复制的路径粘贴进去，确定
4. win + R呼出 cmd，输入g++ --version查看版本信息，显式 GCC 则说明配置成功
5. 如此对 …\cmake-3.21.3-windows-x86_64\bin 添加环境变量，在 cmd 内输入cmake --version查看版本信息

Q：What is Cmake？
A：Cmake 是一款快捷生成 makefile 的工具，makefile 是编译大型软件前我们提前设置好的编译规则，然而 makefile 的编写并不容易，使用 Cmake 可以大大简化编写 makefile 的工作量

step2 配置VScode

1. 安装 Code Runner 扩展
2. 安装 C/C++ 扩展（注意安装在原生系统中还是 WSL 中）
3. 在文件夹中打开 VScode，ctrl + alt + n运行代码，计划通
4. 文件-首选项-设置，输入run in terminal，找到 Code Runner 对应的选项，打勾，这样在终端运行时就不再是只读权限，我们可以向程序输入内容了
5. 继续安装 cmake 和 cmake tools 扩展

step3 使用g++编译.cpp文件

原视频

1. 新建文件夹，在 VScode 内打开，并添加 main.cpp 文件，随便输入一段代码，以 swap 功能为例
2. 在VScode的终端内输入g++ .\main.cpp编译 .cpp 文件，这里输入g++ main后直接按tab就可以自动补全
3. 编译好后左侧会出现一个新的可执行文件 a.exe ，我们继续在终端内输入.\a.exe执行这个文件，同样也是输入a后直接按tab自动补全
4. 此时我们向终端输入ls，查看当前新建文件夹内的文件，会发现除了显示 main.cpp 和 a.exe 以外，还会显示它们的文件大小，我们直接使用 g++ 命令编译得到的可执行文件内部不包含调试信息，无法进行调试
5. 继续向终端输入g++ -g .\main.cpp -o test，其中-g代表包含调试信息，-o为自定义 exe 文件名称，那么，左侧就会生成一个新的可执行文件 test.exe，再次输入ls发现 test.exe 的大小更大一些

step4 使用VScode调试单个.cpp文件生成的.exe文件

1. 在当前文件夹中，点击左侧运行和调试图标，点击create a launch.json file生成 launch.json 文件，依次选择 GDB/LLDB、g++.exe，launch.json 是 VScode 用于调试的配置文件，比如指定调试语言环境，指定调试类型等等
2. 生成 json 文件后就可以在 main.cpp 内任意一行打断点，按F5对断点进行调试，在 json 文件生成后，当前文件夹内就会自动生成 main.exe 文件，我们打好断点就能进行调试，正是因为这个文件的存在
3. launch.json 文件中，最为重要的两行分别是"program": "${fileDirname}\\${fileBasenameNoExtension}.exe",和"preLaunchTask": "C/C++: g++.exe 生成活动文件"

• "program"就是我们需要调试的 .exe 文件，生成可执行文件前必需的编译和链接，都由 VScode 自动完成
• "preLaunchTask"则代表着调试前 VScode 需要做的工作，这些信息被包含在 task.json 中，也是VScode 自动生成的
• 正因为 launch.json 包含了这些信息，因此我们只需要生成一个 launch.json 文件就可以对单个可执行文件进行调试

step5 使用VScode调试多个.cpp文件生成的.exe文件

1. 删掉当前文件夹中的可执行文件和 json 文件，只保留一个 main.cpp，并新建一个新的 swap.cpp 文件和 swap.h 文件
2. 把 main.cpp 中的 swap()放到 swap.cpp 中，在 swap.h 中添加 swap() 的函数声明void swap( int& a, int& b );（注意函数声明后面的分号），在 swap.cpp 和 main.cpp 中包含我们自定义的这个头文件#include "swap.h"（包含自定义头文件用双引号）
3. 在终端输入 g++ -g .\main.cpp .\swap.cpp -o test，将多个 .cpp 文件编译成一个可执行文件 test.exe
4. 在调试窗口再次生成 launch.json，会报错（原视频 VScode 的版本是进入了调试页面，但是调试时报错），出错的地方都是"preLaunchTask": "C/C++: g++.exe 生成活动文件"，并且并未像单文件调试一样，生成一个默认的 a.exe
5. 原因是默认生成的 task.json 只能编译单个文件，无法识别多个文件，如果想要编译多个文件，需要我们自己配置 launch.json 和 task.json

1. 打开 launch.json ，找到"cwd"，代表当前文件夹的绝对路径，将它的值${fileDirname}拷贝到"program"中，并添加上面编译完成的 .exe 文件名，修改后即"program": "${fileDirname}/test.exe",，这行代码将 launch.json 与我们手动编译的 test.exe 绑定，表示我们接下来要调试的文件是 test.exe
2. ctrl + /注释掉"preLaunchTask"，ctrl + s保存，再回到 main.cpp 中，断点调试，成功

step6 编写简单的CMakeLists.txt文件

1. 在当前文件夹中新建文件 CMakeLists.txt（文件名一个字母不要错）
2. 在 CMakeList.txt 中输入project(swapfunc)，括号里为项目的名称
3. 继续输入add_executable(swap_cmake main.cpp swap.cpp)，swap_cmake 是可执行文件的名称，后面是我们需要编译的两个 .cpp 文件，最简单的 cmakelist 就这样写完了
4. 按下ctrl + shift + P，输入 cmake，点击 Cmake: Configure，选择我们需要的编译器 GCC，此时在最下方的状态栏会显示当前编译器版本为 GCC，与此同时，当前文件夹下自动生成 build 文件夹，用于 cmake 进行外部构建
5. 在终端内输入cd .\build\，再输入cmake ..（有个空格），显示 -- Configuring done -- Generating done，说明一切正常
6. 在 bulid 文件夹下输入min，按下tab补全为mingw32-make.exe （这是windows中make的名字，Linux中不是这个名字），然后执行，在 build 文件夹中顺利生成可执行文件 swap_cmake.exe

• make执行后，生成的第一行和第二行代码是将两个 .cpp 文件编译成二进制文件
  [33%] Building CXX object CMakeFiles/swaptest.dir/main.cpp.obj
[66%] Building CXX object CMakeFiles/swaptest.dir/swap.cpp.obj
• 第三行代码完成链接
  [100%]Linking CXX executable swap_cmake.exe

step7 调试Cmake生成的可执行文件

1. 进入 launch.json 文件，更改"program"选项为 swap_cmake.exe 所在的路径 ，得到"program": "${workspaceFolder}/build/swaptest.exe"，注释掉 "preLaunchTask" ，回到 main.cpp，断点调试成功
2. 如果是 cmake 编译后重新生成的 launch.json，自动就没有"preLaunchTask" ，并且需要修改"miDebuggerPath"的值为"C:\\MinGW\\bin\\gdb.exe"，这个路径找到了 MinGW 文件夹内的 gdb.exe，注意这里描述路径用的是" \\"，而非 windows 惯常使用的" /"（我又将"name"的值改为g++.exe，不清楚不改是否有影响），改好后断点调试成功
3. 在 CMakeList.txt 中输入project(swapfunc)，括号里为项目的名称
4. 继续输入add_executable(swap_cmake main.cpp swap.cpp)，swap_cmake 是可执行文件的名称，后面是我们需要编译的两个 .cpp 文件，最简单的 cmakelist 就这样写完了