如何通过预编译头文件（PCH 文件）优化编译时间

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什么是头文件？

如果您问这个问题，那么您很可能刚接触 C 和 C++（老实说，快速复习一下总没坏处。）

头文件（.h 扩展名）在 C 和 C++ 中用于定义函数、模板和宏的结构，这些结构可以包含在一个或多个源文件中。这个概念是在 20 世纪 70 年代引入的，当时仅加载头文件是节省宝贵内存和其他系统资源的一种方式。

当然，自 20 世纪 70 年代以来，我们已经走了很长一段路，而且在大多数系统上，内存可能不再是如此稀缺的商品。但尽可能精简高效总是好的，而头文件在实现这一目标方面发挥着重要作用。

世界上最著名的头文件是 stdio.h，它位于为 C 编写的每个“hello world”示例应用程序的顶部，其中包括将文本写入控制台的实际 printf 函数的结构。

$ cat hello-world.c
#include <stdio.h>
int main() {
   printf("Hello World\n");
   return 0;
}

什么是预编译头文件？

预编译头文件的名称表明了它的含义。在 C/C++ 应用程序的编译过程中，编译头文件的步骤已经完成。拥有已经编译好的头文件可以显著减少编译时间。

预编译头文件如何工作？

预编译头文件的工作原理是保留上次运行时编译的头文件。 第一次编译项目时，如果您已配置为支持预编译头文件，则编译器和支持工具（如 nmake 或 ant）将编译头文件并生成 PCH 文件。

第二次和后续时间运行编译器时，它会将头文件与上次编译的内容进行比较，如果没有任何更改，它将使用预编译头文件。这就是为什么提前正确地构建头文件，并拥有一个相对稳定的代码库，才能真正发挥这种性能增强方法的优势。

在流行的编译器上启用预编译头文件

如果您正在使用 Visual Studio 并且有兴趣启用预编译头文件，请阅读 MSDN 上关于该主题的文档。

GCC 也有关于启用预编译头文件的文档。

如果您更喜欢 Intel 的编译器，它也完全支持预编译头文件。

使用预编译头文件可以带来的时间差异示例

让我们创建一个非常简单的程序。

$ cat header.h 
#include <CoreFoundation/CoreFoundation.h>
#include <objc/objc.h>
#include <objc/objc-runtime.h>
#include <iostream>

$ cat simple.cpp 
#include "header.h"
int main() {
  return 0;
}

并记录编译时间

$ time g++ -std=c++11 simple.cpp -o simple

real	0m1.152s
user	0m0.424s
sys	0m0.585s

现在让我们预编译头文件，然后重新编译以记录时间

$ g++ -std=c++11 header.h
$ time g++ -std=c++11 simple.cpp -o simple

real	0m0.601s
user	0m0.411s
sys	0m0.149s

注意到区别了吗？它节省了半秒钟。现在想象一下大规模情况下的差异。

结论和额外的编译时间优化

对于任何代码库来说，预编译头文件都是减少应用程序编译时间的绝佳第一步——最大的一个需要注意的是，应用程序代码库需要进行结构化，才能真正利用它。启用预编译头文件并非万能药，但它通常会有一些帮助——并且通过一些努力或预先规划，可以提供很大的帮助。（如果您想了解更多背景信息，可以查看支持和反对预编译头文件的论点。）

如果您想进一步缩短编译时间，或者有一个特别复杂的项目，在开始时没有考虑预编译头文件，比如 Xbox 游戏，那么您可以采取其他步骤。其中最重要的一步是大规模并行化您的编译过程。从桌面上的四个核心到服务器场上的 400 甚至更多核心，总不会有坏处，对吧？诀窍在于拥有可用的服务器容量，并拥有适当的流程和工具来管理构建，以便所有内容仍然以正确的顺序完成，并在最后正确组装。

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