MSVC 编译工具 cl.exe 入门指南

ClaudeEvangelist
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前言

在 Windows 平台上开发 C++ 程序时，Microsoft Visual C++ (MSVC) 提供了强大的编译工具集，其中最核心的命令行编译工具是 cl.exe。本文将详细介绍如何使用 cl.exe 手动编译和链接 C++ 程序，帮助开发者理解其基本用法和常见选项。

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1. 准备环境

在使用 cl.exe 之前，需要确保已安装 Visual Studio，并配置好开发环境。可以通过以下步骤设置命令行编译环境：

  1. 打开 Visual Studio Installer，确保安装了“Desktop development with C++”工作负载。
  2. 通过 Visual Studio 命令提示符进入开发环境。可以在开始菜单中找到“x64 Native Tools Command Prompt for VS 2022”或类似的命令提示符。

2. 基本使用方法

2.1 编译单个源文件

最基本的使用方法是编译单个 C++ 源文件。假设有一个名为 hello.cpp 的源文件，可以通过以下命令进行编译：

cl.exe /EHsc  .\hello.cpp
Microsoft (R) C/C++ Optimizing Compiler Version 19.40.33811 for x86
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

hello.cpp
Microsoft (R) Incremental Linker Version 14.40.33811.0
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

/out:hello.exe
hello.obj

此命令将生成一个名为 hello.exe 的可执行文件。选项 /EHsc 用于启用 C++ 异常处理。

2.2 编译并生成目标文件

有时需要将源文件编译为目标文件而不是直接生成可执行文件。这可以通过 /c 选项实现：

cl.exe /EHsc /c  .\hello.cpp
Microsoft (R) C/C++ Optimizing Compiler Version 19.40.33811 for x86
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

hello.cpp

此命令将生成一个名为 hello.obj 的目标文件。

2.3 链接目标文件

可以使用 link.exe 工具将目标文件链接为可执行文件。但在命令行中，也可以直接使用 cl.exe 完成这一步：

 cl.exe .\hello.obj
Microsoft (R) C/C++ Optimizing Compiler Version 19.40.33811 for x86
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

Microsoft (R) Incremental Linker Version 14.40.33811.0
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

/out:hello.exe
.\hello.obj

这将生成 hello.exe 可执行文件。

3. 常见编译选项

cl.exe 提供了许多选项以控制编译过程。以下是一些常见的编译选项：

  • /Fe：指定输出文件名。例如，cl /Feoutput.exe hello.cpp 将输出文件命名为 output.exe。
  • /Fo：指定目标文件名。例如，cl /Fohello.obj /c hello.cpp 将目标文件命名为 hello.obj。
  • /I：指定头文件搜索路径。例如，cl /Ipath\to\headers hello.cpp。
  • /D：定义预处理器宏。例如，cl /DDEBUG hello.cpp 定义 DEBUG 宏。
  • /O2：优化生成代码以提高运行速度。
  • /Zi：生成调试信息。
cl.exe /?
Microsoft (R) C/C++ Optimizing Compiler Version 19.40.33811 for x86
Copyright (C) Microsoft Corporation.  All rights reserved.

                         C/C++ COMPILER OPTIONS


                              -OPTIMIZATION-

/O1 maximum optimizations (favor space) /O2 maximum optimizations (favor speed)
/Ob<n> inline expansion (default n=0)   /Od disable optimizations (default)
/Og enable global optimization          /Oi[-] enable intrinsic functions
/Os favor code space                    /Ot favor code speed
/Ox optimizations (favor speed)         /Oy[-] enable frame pointer omission
/favor:<blend|ATOM> select processor to optimize for, one of:
    blend - a combination of optimizations for several different x86 processors
    ATOM - Intel(R) Atom(TM) processors

                             -CODE GENERATION-

/Gu[-] ensure distinct functions have distinct addresses
/Gw[-] separate global variables for linker
/GF enable read-only string pooling     /Gy[-] separate functions for linker
/GS[-] enable security checks           /GR[-] enable C++ RTTI
/guard:cf[-] enable CFG (control flow guard)
/guard:ehcont[-] enable EH continuation metadata (CET)
/EHs enable C++ EH (no SEH exceptions)  /EHa enable C++ EH (w/ SEH exceptions)
/EHc extern "C" defaults to nothrow
/EHr always generate noexcept runtime termination checks
/fp:<contract|except[-]|fast|precise|strict> choose floating-point model:
    contract - consider floating-point contractions when generating code
    except[-] - consider floating-point exceptions when generating code
    fast - "fast" floating-point model; results are less predictable
    precise - "precise" floating-point model; results are predictable
    strict - "strict" floating-point model (implies /fp:except)
/Qfast_transcendentals generate inline FP intrinsics even with /fp:except
/Qspectre[-] enable mitigations for CVE 2017-5753
/Qpar[-] enable parallel code generation
/Qpar-report:1 auto-parallelizer diagnostic; indicate parallelized loops
/Qpar-report:2 auto-parallelizer diagnostic; indicate loops not parallelized
/Qvec-report:1 auto-vectorizer diagnostic; indicate vectorized loops
/Qvec-report:2 auto-vectorizer diagnostic; indicate loops not vectorized
/GL[-] enable link-time code generation
/volatile:<iso|ms> choose volatile model:
    iso - Acquire/release semantics not guaranteed on volatile accesses
    ms  - Acquire/release semantics guaranteed on volatile accesses

4. 实践示例

4.1 编译多个源文件

假设有两个源文件 main.cpp 和 utils.cpp，可以使用以下命令编译并链接它们：

cl /EHsc main.cpp utils.cpp

这将生成一个名为 main.exe 的可执行文件。

4.2 使用预编译头

预编译头可以显著加快编译速度。以下是如何使用预编译头的示例：

  1. 创建一个名为 pch.h 的头文件，并在其中包含常用的头文件：

    // pch.h
#include <iostream>
#include <vector>

  2. 创建一个名为 pch.cpp 的源文件，仅包含对 pch.h 的引用：

    // pch.cpp
#include "pch.h"

  3. 使用以下命令生成预编译头：

    cl /EHsc /Yc"pch.h" pch.cpp

  4. 在其他源文件中使用预编译头，例如在 main.cpp 中：

    // main.cpp
#include "pch.h"

int main() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
    return 0;
}

  5. 编译时使用预编译头：

    cl /EHsc /Yu"pch.h" main.cpp

5. 总结

通过本文的介绍，相信读者已经掌握了如何使用 cl.exe 手动编译和链接 C++ 程序的基本方法。cl.exe 提供了丰富的选项以满足不同的编译需求，熟练掌握这些选项可以显著提高开发效率。

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