プリコンパイル済みヘッダー

コンピュータ プログラミングにおいて、プリコンパイル済みヘッダー(PCH) とは、コンパイラーの処理速度が速い中間形式にコンパイルされる( CまたはC++ )ヘッダー ファイルです。プリコンパイル済みヘッダーを使用すると、特に大きなヘッダー ファイル、他の多くのヘッダー ファイルを含むヘッダー ファイル、または多くの翻訳単位に含まれるヘッダー ファイルに適用すると、コンパイル時間が大幅に短縮されることがあります。

CおよびC++ プログラミング言語では、ヘッダー ファイルとは、ソース ファイル内の プリプロセッサ ディレクティブを使用することで、C プリプロセッサによって別のソース ファイルにテキストが自動的にインクルードされるファイルです。

ヘッダー ファイルには、非常に大量のソース コードが含まれる場合があります (たとえば、Microsoft WindowsおよびOS Xのヘッダー ファイルwindows.hとなど)。これは、 Eigen 数学ライブラリやBoost C++ ライブラリなど、テンプレートを多用する大規模な「ヘッダー」ライブラリの出現に特に当てはまります。これらは、実行時にリンクされるのではなく、ユーザーが使用するヘッダー ファイルとしてほぼ完全に記述されます。したがって、ユーザーがプログラムをコンパイルするたびに、実質的に多数のヘッダー ライブラリも再コンパイルされます (これらは、非「ヘッダー」ライブラリ内の共有オブジェクトまたはダイナミック リンク ライブラリにプリコンパイルされます)。 Cocoa/Cocoa.h#include

コンパイル時間を短縮するために、一部のコンパイラでは、ヘッダー ファイルをコンパイラが処理する方が速い形式にコンパイルできます。この中間形式はプリコンパイル済みヘッダーと呼ばれ、通常はGNU コンパイラ コレクション.pchなどの.gch拡張子が付いたファイルに保持されます。

たとえば、次のような C++ ファイルがsource.cppあるとしますheader.hpp。

//ヘッダー.hpp 
...

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

source.cppプリコンパイル済みヘッダー機能をオンにして初めてコンパイルすると、コンパイラはプリコンパイル済みヘッダー を生成しますheader.pch。次回、このヘッダーのタイムスタンプが変更されていない場合、コンパイラは に関連するコンパイル フェーズをスキップしheader.hpp、代わりに をheader.pch直接使用することができます。

Microsoft Visual C++ (バージョン 6.0 以降^{[引用が必要]} ) は、ヘッダーだけでなく、任意のコードをプリコンパイルできます。^[1] これは、次の 2 つの方法で実行できます。オプションに一致する名前のファイルまでのすべてのコードをプリコンパイルするか、(を指定せずに を指定した場合)コード内でが最初に出現するまでのすべてのコードをプリコンパイルします。^{[2] [3]} プリコンパイルされた出力は、オプションに指定されたにちなんで名付けられ、拡張子が付いたファイル、またはオプションで指定された名前に従って名前が付けられたファイルに保存されます。^[3] オプションは、オプションと一緒に使用される場合はオプションに従属し、コンパイラーはそのようなファイルから既にプリコンパイルされたコードを使用します。^[3]/Ycfilename/Ycfilename#pragma hdrstopfilename/Yc.pch/Fpfilename/Yu/Yc

pch.h（stdafx.hVisual Studio 2017より前の名称^{[4] ）は、} Microsoft Visual Studio IDE ウィザードによって生成されるファイルであり、頻繁に使用されるがほとんど変更されない標準システムインクルードファイルとプロジェクト固有のインクルードファイルの両方を記述します。

stdafx.hのafxは、アプリケーション フレームワーク拡張機能を表します。AFX は、 Microsoft Foundation Classes (MFC)の元の略語でした。バージョン 2017 より前の MSVC プロジェクトでは、stdafx.h という名前がデフォルトで使用されていましたが、別の名前を手動で指定することもできます。

互換性のあるコンパイラは、全体のコンパイル時間を短縮するためにこのファイルをプリコンパイルします。Visual C++ は#include "pch.h"、コンパイル オプション/Yu'pch.h'がオフになっている場合を除き (既定)、ソース ファイル内の より前の部分はコンパイルしません。ソース内のその行までのコードはすべてコンパイル済みであると想定します。

プリコンパイル済みヘッダーはGCC (3.4 以降)でサポートされています。GCC のアプローチは、VC および互換コンパイラのアプローチに似ています。GCC は、ヘッダー ファイルのプリコンパイル済みバージョンを " .gch" サフィックスを使用して保存します。ソース ファイルをコンパイルするときに、コンパイラはこのファイルが同じディレクトリに存在するかどうかを確認し、可能な場合はそれを使用します。

GCC は、ヘッダーがコンパイルされたときと同じコンパイラ スイッチが設定されている場合にのみ、プリコンパイルされたバージョンを使用でき、最大で 1 つしか使用できません。さらに、プリコンパイルされたヘッダーの前に配置できるのは、プリプロセッサ命令のみです (コンパイル可能なコードの前に、別の通常のヘッダーを介して直接または間接的にインクルードする必要があるため)。

GCC は、ほとんどのヘッダー ファイルを拡張子によって自動的に識別します。ただし、これが失敗した場合 (たとえば、非標準のヘッダー拡張子のため)、-xスイッチを使用して、GCC がファイルをヘッダーとして扱うようにすることができます。

clangコンパイラは、 2009年のClang 2.5 / LLVM 2.5でPCHのサポートを追加しました。^{[5]コンパイラは入力ソースコードをトークン化し、ヘッダーの構文と意味の解析を実行して、コンパイラの内部で生成された}抽象構文木（AST）とシンボルテーブルをプリコンパイル済みヘッダーファイルに書き出します。 ^[6]

clangのプリコンパイル済みヘッダースキームは、あるプリコンパイル済みヘッダーが内部的に使用される別のプリコンパイル済みヘッダーを参照する機能などのいくつかの改良を加えたもので、モジュールメカニズムの基礎にもなっています。 ^{[6]これは、} LLVMで採用されているのと 同じビットコードファイル形式を使用しており、共通オブジェクトファイル形式または拡張リンク形式ファイル内のclang固有のセクションにカプセル化されています。^[6]

デフォルトのプロジェクト構成では、C++Builder#pragma hdrstopコンパイラは、行が見つかるまで、ソース モジュールに含まれるすべてのヘッダーに対して暗黙的にプリコンパイル済みヘッダーを生成します。 ^{[7] : 76}プリコンパイル済みヘッダーは、可能な場合はプロジェクトのすべてのモジュールで共有されます。たとえば、Visual Component Libraryを使用する場合、一般的に使用される VCL ヘッダー ファイルのほとんどを含むヘッダーを最初にインクルードするのが一般的ですvcl.h。したがって、プリコンパイル済みヘッダーをすべてのプロジェクト モジュール間で共有できるため、ビルド時間が大幅に短縮されます。

さらに、C++Builder は、Visual C++ が提供するメカニズムと同様に、特定のヘッダー ファイルをプリコンパイル済みヘッダーとして使用するようにインストルメント化できます。

C++Builder 2009 では、プロジェクトのすべてのソース モジュールを解析してインクルードされたヘッダー ファイルを探し、それらを分類し (つまり、ヘッダー ファイルがプロジェクトの一部である場合やインクルード ガードがない場合には除外する)、指定されたファイルのプリコンパイル済みヘッダーを自動的に生成してテストする「プリコンパイル済みヘッダー ウィザード」が導入されています。

プレトークン化ヘッダー（ PTH）は、字句解析は実行されているが、意味的な操作は行われていない形式で保存されたヘッダーファイルです。PTHは、PCHをサポートする前のClangに存在し、GCCのブランチでも試されています。^[8]

完全な PCH メカニズムと比較すると、PTH には、C ファミリ言語の字句解析が類似しているため言語 (および方言) に依存しないという利点と、異なるターゲット アーキテクチャ向けにコンパイルするときに同じトークン ストリームを使用できるというアーキテクチャに依存しないという利点があります。 ^[9]ただし、単純な字句解析以上のことはできず、コンパイルごとにトークン ストリームの構文解析と意味解析を実行する必要があるという欠点があります。さらに、コンパイル時間は、事前トークン化されたファイルの字句トークンのサイズに比例しますが、これは完全な事前コンパイル メカニズムの場合は必ずしも当てはまりません (clang の PCH ではランダム アクセスが可能です)。^[9]

Clangのプリトークン化メカニズムには、ファイルの存在と日付スタンプ情報のキャッシュ、ガードされたコードを素早くスキップできるようにインクルードガードを記録するなど、プリプロセッサを支援するためのいくつかの小さなメカニズムが含まれています。^[9]

• プレフィックスヘッダー
• 単一コンパイル単位

• コンパイル済みヘッダーの管理
• GCC によるプリコンパイル済みヘッダー
• Fractal eXtreme: プリコンパイル済みヘッダー