其 實剛開始程式設計的時候，我是絲毫不重視編譯速度之類的問題的，原因很簡單，因為那時我用BASICA。後來一直用到C++ Builder，儘管Borland的廣告無時無刻不在吹噓其編譯速度，我卻從沒有對這個問題上心過，因為心裡根本沒有“編譯速度慢”這種概念。沒有壞， 哪來好？所謂矛盾的對立統一。遇到的第一個“慢”的編譯器也許是javac，但因為Java的特殊性，也就容忍了。真正接觸到世間的“惡勢力”，還要算是 第一次使用GCC的時候……準確地說是MinGW。開源世界曾給我諸多驚喜，其一就是原來編譯器也可以這麼慢的。那時我不禁對開源社群肅然起敬，他們就用 這樣的編譯器，建立起了怎樣一個多彩的世界！也在那時才明白了，Borland其實真的很了不起。

時至今日我也不是很瞭解Borland是怎麼做到的，很久以來也不知道GCC是差在了哪裡。然而……有一次心血來潮，忽然想看看 MinGW編譯過程中載入的所有標頭檔案。於是用了一下 -H 引數。結果是滿意的，載入的標頭檔案真多呀。接下來……開始感覺到另外的一些東西了。敢情，大部分編譯時間是浪費在這裡的呀？——“預編譯頭”的概念如鯨魚 般躍出腦海。

預編譯頭技術是在VC中第一次瞭解的，其對編譯速度的提高，絕對給人以深刻的印象。使用MinGW的時候居然忘了這個古老的咒語。是否正是我所需要的？百 度幾下，結果令人失望，這方面的文獻少得可憐，更令人沮喪的是還有不少人相信GCC是沒有預編譯頭技術的。賊心不死的我開啟 GCC官方文件，查詢precompiled headers。慢著，居然如此順利！——官方文件討論篇幅並不長，但足以讓我喊萬歲了~不用多，一句話就夠了，怎麼說來著？Simply compile it!

所謂預編譯頭，就是把標頭檔案事先編譯成一種二進位制的中間格式，供後續的編譯 過程使用。不要把這個中間格式與. o/.obj/.a/.lib的格式混淆，他們是截然不同的，所以預編譯標頭檔案的特性和目標檔案也不同（儘管他們都屬於某種中間檔案）

。——但也有類似的地方的，比如，它們都是編譯器之間不相容的^_^，就是說你不能把VC生成的預編譯頭拿到GCC上去用。甚至副檔名都不一樣，VC的是 大家都熟悉的. pch，而GCC的，是.gch——今天的主角。

為什麼要使用預編譯頭？再明確不過了，提高編譯速度。為什麼會提高編譯速度？這麼說吧，你有兩個檔案a.cpp和b.cpp，都包含了同一個標頭檔案 c.h。那麼正常的流程是：將c.h和a.cpp合併，編譯成a.o；將c.h和b.cpp合併，編譯成b.o；最後將a.o和b.o連結成可執行檔案。 過程很簡單，浪費時間之處也一目瞭然：標頭檔案c.h的內容實際上被解析了兩遍。也許你要說，當然要兩遍了，因為標頭檔案幾乎是不生成任何程式碼的，只有依附於 具體的.cpp檔案才有意義。正確，但那只是在程式碼執行過程中。但在程式碼編譯的時候呢？編譯器讀入原始碼，首先將其解析成為一種內部的表示方式。這個過程 與其所依附的.cpp檔案並無關係，編譯器接著可以讀入.cpp檔案並同樣解析成內部表示，然後把兩段內部表示拼接起來，再進行接下來的操作。既然編譯兩 個.cpp檔案都要先對c.h進行解析，那幹嘛不把c.h解析好了儲存成臨時檔案，用時讀入，不就可以省了一次解析的時間了嗎？——預編譯頭技術節省時間 的原理正在於此，尤其是在這樣一個事實下：對原始碼的“解析”這個步驟，確實是佔了編譯時間中很可觀的一部分。

我看見你滿是狐疑的臉：預處理，就是編譯之前的處理，合併.h和.cpp檔案分明是預處理的步驟，而解析原始碼是編譯之中的步驟，先解析後合併？怎麼 “預”處理反而跑到編譯步驟之後了？這還叫“預”嗎？——這個問題我們決定不深究了，畢竟現在的編譯器早就混淆了預處理與編譯的界限……畢竟，這麼做是管 用的，對嗎？

我們來看看結果。寫一個C++的Hello world，使用cout輸出一行字。包含了什麼標頭檔案？當然是iostream。這個標頭檔案對於人們來說，絕對是熟視無睹級別的。然而使用它的時候，你 注意到編譯器幕後的累累“罪行”了嗎？是的，用 -H 引數編譯一下這個Hello world吧！看看總共載入了多少個頭檔案？我的機器上，總共103個！

是的，你應該將它們做成一個.gch檔案。如何做？如前所述，再簡單不過：只要編譯它就可以了：

g++ xxx.h

一句話，就是：把.h檔案當成.cpp檔案一樣來編譯。這是最簡單的，如果需要控制編譯細節，比如常量定義之類，大可加上其它選項。執行之後，你會發現同 個目錄裡生成了一個名叫xxx.h.gch的檔案，這就是我們要的。也許你和我一樣，迫不及待地嘗試g++ iostream了？呵呵，結果一定是和我一樣的失敗——在編譯.gch的過程中，GCC並沒有使用環境變數或 -I 選項來查詢被編譯的標頭檔案，被編譯的標頭檔案必須在當前目錄下。然而，被編譯的標頭檔案所進一步包含的其它標頭檔案，卻可以通過以上途徑找到。簡言之，就是把直 接編譯的那個標頭檔案以類似對待.cpp檔案的方式處理了。現在知道該如何編譯iostream了吧？對，在當前目錄裡建立一個頭檔案，起個隨你喜歡的名 字，比如foo.h，在其裡面寫上：#include <iostream>，然後編譯它：g++ foo.h。生成的foo.h.gch，就是我們要的了。其它檔案需要用到iostream的，不要包含iostream，要包含foo.h。切記，不是 去包含foo.h.gch！

如果你用過VC，那麼這個foo.h也許會讓你找到一種似曾相識的感覺吧？對了，就相當於那個 stdafx.h ！那麼你也該記得，每個檔案包含這個foo.h，都應該在檔案一開始的地方，否則會出錯。真的，終於找到了GCC中的stdafx.h，這種感覺幾乎讓人 熱淚盈眶了^_^

那麼接下來，照搬一些stdafx.h相關的注意事項吧，它們同樣適用於.gch檔案：應該把那些不常修改的（首當其衝，當然是系統的）標頭檔案放在預編譯 頭裡，而那些屬於你的程式的一部分的標頭檔案，一般並不放在預編譯頭裡，因為它們可能隨時要被修改的。每修改一次就要重新生成預編譯頭，並沒有速度優勢可 言，失去預編譯頭的意義了。另外重要的注意事項是：如果你生成預編譯頭的時候用了一些選項，比如巨集定義，那麼使用這個預編譯頭的其它原始碼檔案，被編譯的 時候也要使用這些選項，否則會因為不匹配而編譯失敗。

對了，說了半天，從來沒有正面講過如何使用已經生成的預編譯頭。然而看到這裡也該明白了，是的，很簡單，只要包含其所對應的.h檔案即可！比如你有個頭文 件叫foo.h，另外有一大堆其它檔案都包含了這個foo.h，原來沒有使用預編譯頭技術，現在忽然想使用了，於是把foo.h編譯成了 foo.h.gch。那其它檔案要做怎樣的修改？——什麼都不用，一切照舊！聰明的GCC編譯器在查詢一個.h檔案之前，會自動查詢其目錄裡有沒有對應 的.gch檔案，如有，且可用，則用之；沒有，才用到真正的.h標頭檔案。——慢著，“如有，且可用”，什麼叫“可用”？——就是指這個.gch格式要正 確，版本要相容，而且如上所述，編譯兩者要用同樣的選項。如果.gch不可用，編譯器會給出一條警告，告訴我們：這個預編譯頭不能用！我只好用原有的.h 標頭檔案啦！什麼？你說看不到這個警告？——當然，要先開啟 -Winvalid-pch 選項才行，其預設是關閉的。

用 -H 選項感受一下預編譯頭的清爽吧！再沒有滾不完的標頭檔案了，明顯提高的速度，絕對會讓你有種翻身解放的感覺，原來MinGW也可以和蝸牛般的速度說再見的。

筆者後記：有一次同事不小心生成了.gch，但是由於編譯選項不一致，導致後面無法編譯。小心地雷啊

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GNU CC 從 3.4.x 版和 4.x 版開始，也支援了這種提高編譯效率的機制。只是由於 GNU CC 的手冊中的《Using Precompiled Headers》一節對此介紹不多，也沒有簡單的自動專案管理工具支援這項功能，因而許多網友還不知道 GNU CC 的這項功能。

GNU CC 的手冊中建議使用 make 管理預編譯標頭檔案，還指出 C 語言的預編譯標頭檔案和 C++ 語言的預編譯標頭檔案是不一樣的。這裡首先講述專案中只有 C 語言原始檔或只有 C++ 語言原始檔的情形，再講述專案中兩種語言的原始檔同時存在的情況。

專案中只有 C 或 C++ 一種語言的原始檔時，只需建立一個預編譯標頭檔案。

1. 建立一個頭檔案，例如命名為 inc.h。該檔案供專案中所有的 C/C++ 原始檔使用。將整個專案所需要的標頭檔案都列在其中：

   /* $FreeBSD$ */
   #ifndef	_INC_H_
   #define	_INC_H_
   
   #include <stdio.h>
   #include <stdlib.h>
   #include <string.h>
   #include <fcntl.h>
   #include <sys/types.h>
   #include <sys/uio.h>
   #include <unistd.h>
   #include <sys/socket.h>
   #include <netinet/in.h>
   #include <arpa/inet.h>
   
   #endif /* ! _INC_H_ *

2. 建立 Makefile，以維護預編譯標頭檔案。一方面要建立維護 GNU CC 的預編譯標頭檔案 inc.h.gch 的規則；另一方面，要在編譯每個 C/C++ 原始檔時檢查 inc.h.gch，即讓所有 .o 檔案依賴於 inc.h.gch。

   # $FreeBSD$
   
   CC	=	gcc
   CFLAGS	=	-g -Wall
   
   CXX	=	gcc
   CXXFLAGS	=	-g -Wall
   
   LD	=	gcc
   LDFLAGS	=	-g -Wall
   
   EXE	=	testapp
   PCH_H	=	inc.h
   PCH	=	inc.h.gch
   SRCS	=	testapp.c
   OBJS	=	testapp.o
   LIBS	=			# System Libraries
   
   ECHO	=	echo
   CP	=	cp -v
   RM	=	rm -f
   
   .SUFFIXES:
   .SUFFIXES: .o .c .cxx
   
   # The meaning of "$<":
   #     BSD Pmake: the implied source
   #     GNU make: the first prerequisite
   
   .c.o:
   	$(CC) $(CFLAGS) -c $<
   .cxx.o:
   	$(CXX) $(CXXFLAGS) -c $<
   
   all:	$(EXE)
   
   #                  $>                    $^
   # BSD Pmake    all sources        not defined
   # GNU make     not defined        all prerequisites
   # Both interpret "[email protected]" as target
   
   $(EXE):	$(OBJS) $(LIBBDD)
   	$(LD) $(LDFLAGS) -o [email protected] $> $^ $(LIBS)
   
   # Pre-compiled header
   $(OBJS): $(PCH)
   
   $(PCH): $(PCH_H)
   	$(CC) $(CFLAGS) $> $^
   
   clean:
   	$(RM) $(PCH) $(OBJS)
   # For Both UNIX-like OS and Microsoft Windows (MinGW/Cygwin)
   	$(RM) $(EXE) $(EXE).exe

如果專案既包含 C 語言原始檔，也包含 C++ 語言原始檔，就需要為兩種語言分別維護一個預編譯標頭檔案。

1. 再建立一個頭檔案，例如命名為 inc.hpp。inc.h 供 C 語言原始檔使用，而 inc.hpp 供 C++ 語言檔案使用。假如 inc.hpp 的內容與 inc.h 的相同，只需要簡單的寫上：

   /* $FreeBSD$ */
   #ifndef	_INC_HPP_
   #define	_INC_HPP_
   
   #include "inc.h"
   
   #endif /* ! _INC_HPP_ */

2. 在 Makefile 裡也要隨之增加對 inc.hpp 的維護。一是要增加產生 inc.hpp.gch 的規則，此時執行 GNU CC 時要增加引數“-x c++-header”；二是要在 clean 一節中刪除這個預編譯標頭檔案。

   # $FreeBSD$
   
   CC	=	gcc
   CFLAGS	=	-g -Wall
   
   CXX	=	gcc
   CXXFLAGS	=	-g -Wall
   
   LD	=	gcc
   LDFLAGS	=	-g -Wall
   
   EXE	=	testapp
   PCH_H	=	inc.h
   PCH	=	inc.h.gch
   PCH_X_H	=	inc.hpp
   PCH_X	=	inc.hpp.gch
   SRCS	=	testapp.c
   OBJS	=	testapp.o
   LIBS	=			# System Libraries
   
   ECHO	=	echo
   CP	=	cp -v
   RM	=	rm -f
   
   .SUFFIXES:
   .SUFFIXES: .o .c .cxx
   
   # The meaning of "$<":
   #     BSD Pmake: the implied source
   #     GNU make: the first prerequisite
   
   .c.o:
   	$(CC) $(CFLAGS) -c $<
   .cxx.o:
   	$(CXX) $(CXXFLAGS) -c $<
   
   all:	$(EXE)
   
   #                  $>                    $^
   # BSD Pmake    all sources        not defined
   # GNU make     not defined        all prerequisites
   # Both interpret "[email protected]" as target
   
   $(EXE):	$(OBJS) $(LIBBDD)
   	$(LD) $(LDFLAGS) -o [email protected] $> $^ $(LIBS)
   
   # Pre-compiled header
   $(OBJS): $(PCH)
   
   $(PCH): $(PCH_H)
   	$(CC) $(CFLAGS) $> $^
   
   $(PCH_X): $(PCH_X_H)
   	$(CXX) $(CXXFLAGS) -x c++-header $> $^
   
   clean:
   	$(RM) $(PCH) $(PCH_X) $(OBJS)
   # For Both UNIX-like OS and Microsoft Windows (MinGW/Cygwin)
   	$(RM) $(EXE) $(EXE).exe

這是以上兩種 Makefile 的比較：

@@ -12,6 +12,8 @@
 EXE	=	testapp
 PCH_H	=	inc.h
 PCH	=	inc.h.gch
+PCH_X_H	=	inc.hpp
+PCH_X	=	inc.hpp.gch
 SRCS	=	testapp.c
 OBJS	=	testapp.o
 LIBS	=			# System Libraries
@@ -48,7 +50,10 @@
 $(PCH): $(PCH_H)
 	$(CC) $(CFLAGS) $> $^
 
+$(PCH_X): $(PCH_X_H)
+	$(CXX) $(CXXFLAGS) -x c++-header $> $^
+
 clean:
-	$(RM) $(PCH) $(OBJS)
+	$(RM) $(PCH) $(PCH_X) $(OBJS)
 # For Both UNIX-like OS and Microsoft Windows (MinGW/Cygwin)
 	$(RM) $(EXE) $(EXE).exe