ofsp2026 01_helloWorld

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Mar 28, 2026 05:06 AM
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Mar 28, 2026
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ofsp2026 01_helloWorld
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ofsp2026
OpenFOAM
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Mar 28, 2026 09:11 AM
📌
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0. 前言

本文主要讨论如下
理解 C++ 代码的编译原理
理解动态库
编译运行 helloWorld 项目

1. 开始

📌
Tip
对于 OpenFOAM 来说，不管是求解器还是算例，放在任何一个文件夹都可以。放在 $FOAM_RUN 路径下也只是为了方便管理。
我们在用户自定义路径下 .../userPath/ 新建 ofsp/ 文件夹，并在其中新建各个子项目的文件夹。
终端输入命令，新建总项目文件夹
ofsp 即 OpenFoam sharing programming 的缩写
我们可以将 ofsp 设置为快捷命令，这样子在终端输入 ofsp 后可以直接跳转到项目文件夹下。
终端输入命令，打开 bashrc 文件
在 bashrc 文件末尾添加以下语句
终端输入命令，使快捷命令生效

2. 项目

通过终端新建本文的子项目的文件夹
终端输入命令
通过 vscode 打开项目后，可以使用 ctrl + ~ 唤出 vscode 的终端控制台，快捷进行命令操作。
终端输入命令，新建项目下文件并空白保存
终端输入 tree 命令，查看文件树状结构
Tip
如果无法使用 tree 命令，请按照终端提示安装 tree 即可
我们分别写入代码，内容如下
类的声明 Aerosand.h 如下
Tip
这里尽量贴近 OpenFOAM 的代码风格，比如函数名和变量采用驼峰命名，私有成员变量名称尾缀下划线等。
类的定义 Aerosand.cpp 如下
主源码 main.cpp 如下
虽然我们笼统的把代码到程序的整个过程称为“编译”，实际上，在 Linux 系统下，C++ 程序的“编译”分成四个过程。
📌
Warning
本文后续讨论的终端指令运行路径均留在 ofsp/ofsp_01_helloWorld/ 不变

3. 代码编译

3.1. 预处理

预处理 Preprocessing 是编译过程的第一阶段，发生在真实编译（生成目标代码）之前。它由预处理器 Preprocessor 负责处理源代码中以 # 开头的指令，这些指令也被称为预处理指令。
比如，#include 将提示把另一个文件的内容插入到当前位置，#define 将提示把宏定义替换到此处等等。
生成。
终端输入命令，执行预处理
其中
  • g++ 的 E 标识预处理器进行预处理
  • g++ 的 o （小写）标识指定生成的文件
在 Linux 系统下生成两个新文件
  • Aerosand.i
  • main.i
后缀 .i 表示中间预处理输出文件 intermediate preprocessing output。

3.2. 编译

编译 Compile 是编译器 Compiler 把预处理后的源代码（.i 或 .i 文件）转换成汇编代码（.s 文件）的过程。
编译器将会对已经展开（头文件、宏等）的源代码进行语法分析、语义分析、优化等工作，最终生成会变代码。
终端输入命令，执行编译
  • g++ 的 S 标识指定编译器进行编译（大写 S ）
在 Linux 系统下生成两个新文件
  • Aerosand.s
  • main.s
后缀 .s（小写）表示汇编语言形式的源文件 source code written in assembly。

3.3. 汇编

汇编 Assemble 是指汇编器 Assembler 将后缀 .s 表示的汇编语言形式的源文件转换成机器指令 Machine code，输出为目标文件 Object file的过程。
汇编器将上一步的文件转换成人类可读的汇编语言，最终生成的与机器平台相关的二进制文件，不能直接运行，需要进一步处理。
终端输入命令，执行汇编
  • g++ 的 c （小写）标识指定汇编器进行汇编
在 Linux 系统下生成两个新文件
  • Aerosand.o
  • main.o
后缀 .o（小写）表示目标文件 object file。

3.4. 链接

链接 Link 是链接器 Linker 把多个目标文件和系统库文件组合成一个完整可执行程序的过程。
目标文件虽然包含机器指令，但仍然不是完整程序，链接器将找到其中函数调用涉及到“外部符号”的引用，生成可执行的二进制文件。
终端输入命令，执行直接链接
在 Linux 系统下最终生成一个可执行的新文件
  • main.out
这里的后缀 .out 并不重要。在执行链接的指令中，该执行文件不加任何后缀也可以。
终端输入 ./main.out 命令，运行该程序
可以看到程序已经正常运行，得到了正确的结果。

4. 动态库

即使上面已经顺利完成了程序的编译和运行，我们仍然要讨论多一些。
当项目中有大量类的时候，我们希望某些类能固定下来提供某种“方法”，这种“方法”就形成一个可以重复使用的库 Library。由于库本身已经经过了完整的编译流程，当其他项目使用这个库的时候，库本身无需再次“预处理”，“编译”以及“汇编”，仅仅和这个项目链接即可。
因为静态库开销大，浪费空间，更新维护困难，所以 OpenFOAM 大量使用动态库，我们这里也只以动态库为例。
动态库在程序编译时并不链接到目标代码，而仅仅在程序运行时才被链接载入。不同的程序如果调用相同的库，那么内存里只需要一份该动态库的可共享实例，这样就大大减少了空间浪费。此外，因为动态库仅在程序运行时才被链接载入，所以库的单独维护更新也十分方便。
编译器可以对汇编后的 .o 目标文件进行整理形成动态库，在 Linux 系统下生成 .so 文件。
终端输入命令，执行生成动态库
  • g++ 的 shared 标识指定生成动态链接库
  • g++ 的 fPIC 标识指定创建与地址无关的编译程序，f 即 file，PIC 即 position independent code
  • 动态库文件以 lib 开头
在 Linux 系统下生成一个可链接的动态库文件
  • libAerosand.so
后缀 .so 表示共享目标 shared object。

5. 链接动态库

我们并不采用上面的 3.4 节的直接链接方式，而是采用链接动态库的方式编译程序。
终端输入指令，删除上一步的编译结果
终端输入命令，查看原本动态库链接路径，可以发现并不是项目本地路径。
终端输入命令，临时指定动态库路径为当前文件夹
Tip
  • 不要担心，临时指定不影响 OpenFOAM 动态库路径的环境配置
  • 如果重启计算机，想要再次运行 main 程序，必须要再次指定动态库路径
  • 无论是把新开发库放在本项目路径下，或是其他任何路径下，任何位置的项目都可以链接使用这个动态库，只要指定正确的链接路径即可。这也是动态库“相对独立”“自由链接”的意义所在
终端输入命令，链接动态库生成可执行文件
  • g++ 的 L 标识指定的动态库的路径， 使用 L. 表示动态库在当前路径
  • g++ 的 l 标识指定的动态库的名称，使用时省略动态库的 lib 字段
  • 如前所述，可执行程序的后缀在这里并不重要
在 Linux 系统下生成一个可执行程序
  • main
总结整个过程如下
终端输入 ./main 命令，运行该程序
终端显示内容如下
可以看到程序已经正常运行，得到了正确的结果。

6. 小结

本文完成讨论
理解 C++ 代码的编译原理
理解动态库
编译运行 helloWorld 项目
 

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