預編譯頭

預編譯頭（precompiled header）是程序設計時把頭文件編譯為中間格式（如目標文件），以節約在開發過程中編譯器反覆編譯該頭文件的開銷。 C語言、C++語言、Objective C語言等都有類似的技術。

有的頭文件包含了巨量的源代碼（如著名的windows.h），或者使用模板編程時要生成巨大的頭文件模板庫（如Eigen math library（英語：List of numerical libraries）與Boost C++ libraries（英語：Boost C++ libraries）)。為減少編譯時間，某些編譯器允許把頭文件編譯為某種中間形式稱為預編譯頭（precompiled header），後續再編譯源文件時就可以儘量直接使用這些預編譯頭。

簡單示例

C++文件source.cpp包括header.hpp：

//header.hpp
...

//source.cpp
#include "header.hpp"
...

首次編譯source.cpp時，編譯器生成header.pch的預編譯頭。以後再編譯該程序時，編譯器會比較該頭文件的時間戳，如果頭文件沒有改變，編譯器直接使用預編譯頭。

Visual Studio

Microsoft Visual Studio採取一個頭文件（默認命名為stdafx.h），其內容是整個軟件項目中被各個編譯單元所使用的源代碼，並極少修改。每個編譯單元的源代碼從最開始之處直至#include "stdafx.h"的內容完全相同。其中一個編譯單元（源文件默認命名為"stdafx.cpp"）以#include "stdafx.h"為最後一行（不考慮程序注釋），並用編譯選項/Yc"stdafx.h"編譯，這將生成預編譯頭（默認命名為"<項目名>.pch"）,包含了到#include "stdafx.h"這一行為止的所有代碼編譯結果。

項目中的其他編譯單元，使用/Yu"stdafx.h"編譯，這將把從開頭直至#include "stdafx.h"這一行的源代碼跳過編譯過程，直接用預編譯頭（默認命名為"<項目名>.pch"）代替。

stdafx中的AFX代表Application Framework eXtensions。AFX是Microsoft Foundation Classes (MFC)的舊稱。編程者也可以用其他名字的頭文件代替stdafx.h。

Visual Studio編譯器確定預編譯頭的文件名，依照下述次序：^[1]

編譯器選項/Fp中給出的參數；
源文件中預處理器指令#pragma hdrstop [( "filename" )]給出的預編譯頭的文件名。源文件從開始之處至該行#pragma hdrstop的內容，用於創建預編譯頭（若使用/Yc選項）或者被預編譯頭取代（若使用/Yu選項）。
/Yu"头文件基名.h"中的文件的base name加上後綴.PCH；
當前源文件的的base name加上後綴.PCH。

GCC

GCC3.4版開始支持預編譯頭。當編譯器輸入文件為頭文件時（例如sample.h），產生預編譯頭，其文件名稱是原來的頭文件追加".gch"後綴（如sample.h.gch）。當gcc編譯源文件時，對於遇到的每個頭文件，都在INCLUDE路徑中的每個目錄下，先搜尋追加".gch"後綴的預編譯頭，如果沒有再搜索該頭文件。如果找到預編譯頭且滿足一些條件，則直接使用該預編譯頭；否則就把該頭文件在源文件中展開並編譯之。^[2] 可以在編譯源文件時使用-H選項，如果顯示的預編譯頭的全路徑這一行是以"!"開始，說明編譯器成功使用了預編譯頭；如果這一行以"x"開始，說明編譯器找到了這一預編譯頭但未能使用它。

gcc對C語言的頭文件與C++的頭文件產生的格式不同，不能混用。如果頭文件的名字不是".h"或".hpp"後綴結尾（C++標準庫的頭文件基本如此），可以用編譯選項-x c++-header讓gcc把當前的輸入文件當作C++頭文件來處理。用編譯選項-x c-header讓gcc把當前的輸入文件當作C頭文件來處理。^[3]

使用預編譯頭時必須滿足下列條件：

編譯一個源文件，至多只能使用一個預編譯頭。
編譯源文件時，如果先於預編譯頭對應的頭文件編譯器就掃描到C/C++的詞（token），則不能使用該預編譯頭。也就是說，在預編譯頭對應的頭文件之前的源文件中，只能有預處理指令（preprocessor directive)。不能在另一個頭文件中引入使用預編譯頭。
預編譯頭與源文件必須是相同語言。不能在編譯C++源文件時使用C語言的預編譯頭。
預編譯頭與源文件應當由同一個編譯器編譯。以保證二進制兼容。
在預編譯頭之前定義的宏（macro）或者被引入源程序時與預編譯頭生產時完全一致，或者預編譯頭沒有用到該宏。這包括了由編譯選項-D定義的宏、#define定義的宏、以及某些編譯選項如-O或-Wdeprecated隱式定義的宏。
源文件用-g選項編譯以獲取調試信息時，其使用的預編譯頭也應該是用-g編譯選項生成的。但是，用-g選項編譯生成的預編譯頭，也可用在沒有調試信息輸出的源文件編譯。
生成與使用預編譯頭，必須使用相同的-m選項。該編譯選項給出目標硬件平台的相關信息。
生成與使用預編譯頭，必須使用相同的-fexceptions選項。
生成與使用預編譯頭，必須使用以-f, -p, -O開頭的相同的命令行選項。目前還不知道哪些編譯選項可以安全地改變或者決不能改變，最安全的選擇是生成與使用預編譯頭使用相同的編譯選項。已知下述選項可以安全地改變：

 -fmessage-length=  -fpreprocessed  -fsched-interblock -fsched-spec  
 -fsched-spec-load  -fsched-spec-load-dangerous 
 -fsched-verbose=number  -fschedule-insns  -fvisibility= 
 -pedantic-errors

上述條件如果不被滿足，編譯器將自動使用頭文件而不是對應的預編譯頭。

C++Builder

在項目默認配置中，C++Builder編譯器無保留地生成在#pragma hdrstop之前所有頭文件的預編譯頭。如果可能的話，預編譯頭會被項目的所有模塊共享。例如，當使用Visual Component Library時，通常首先會包含vcl.h頭文件，該頭文件含有大多數經常被用到的VCL頭文件。因此，預編譯頭被全項目共享可以顯著減少生成時間。

另外，C++Builder能設置為使用一個特定的頭文件作為預編譯頭，和Visual C++提供的機制類似。

C++Builder 2009引入了「Precompiled Header Wizard（預編譯頭嚮導）」來為被包含的頭文件提取所有源碼，然後自動為特定的文件分類（例如排除那些不是項目成員或者沒有Include防範的頭文件）、生成並測試預編譯頭。

外部連結

The Care and Feeding of Pre-Compiled Headers （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
Precompiled Headers with GCC
Fractal eXtreme: Precompiled headers （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

參考文獻

^ MSDN Help Document: hdrstop. [2015-06-07]. （原始內容存檔於2018-09-24）.
^ GCC online documentation §3.20: Using Precompiled Headers. [2015-06-07]. （原始內容存檔於2015-09-18）.
^ GCC online documentation §3.2 Options Controlling the Kind of Output. [2015-06-07]. （原始內容存檔於2015-09-18）.

[1] MSDN Help Document: hdrstop. [2015-06-07]. （原始內容存檔於2018-09-24）.

[2] GCC online documentation §3.20: Using Precompiled Headers. [2015-06-07]. （原始內容存檔於2015-09-18）.

[3] GCC online documentation §3.2 Options Controlling the Kind of Output. [2015-06-07]. （原始內容存檔於2015-09-18）.

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