为何使用g++预编译头后编译速度未得到提升？

测试场景 #

测试代码 #

main.cpp

#include "header.hpp"

int main() {
    std::cout << "Hello world !" << std::endl;
}

header.hpp

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <functional>
#include <memory>
#include <thread>
#include <utility>
#include <string>
#include <stack>
#include <deque>
#include <array>
#include <vector>
#include <set>
#include <map>
#include <unordered_set>
#include <unordered_map>

编译过程 #

1. 正常编译项目

$ time g++ main.cpp

real    0m0.738s
user    0m0.646s
sys     0m0.070s

2. 生成预编译头后重新编译

$ g++ header.hpp  # 生成header.hpp.gch
$ time g++ main.cpp

real    0m0.721s
user    0m0.626s
sys     0m0.072s

编译速度几乎无变化，疑惑预编译头的作用及是否操作有误。

问题分析 #

操作有误：预编译头参数不匹配 #

g++使用预编译头的核心要求是：生成预编译头的编译参数，必须和后续编译源文件的参数完全一致。你直接用g++ header.hpp生成预编译头，默认参数可能和编译main.cpp时的隐含参数存在差异（比如标准版本、优化级别、宏定义等），这会导致编译器直接忽略预编译头，重新解析header.hpp。

正确的操作方式是，生成预编译头时使用和编译main.cpp完全相同的参数，比如：

# 生成预编译头，指定C++标准版本（和后续编译保持一致）
$ g++ -std=c++17 header.hpp
# 编译main.cpp，使用相同参数
$ time g++ -std=c++17 main.cpp

测试用例太小，效果被掩盖 #

你的测试项目只有一个几行代码的main.cpp，编译耗时主要集中在编译器启动和链接阶段，预编译头节省的头文件解析时间占比极低，所以看不出明显差异。如果是包含十几个甚至几十个依赖该头文件的源文件的大型项目，预编译头带来的速度提升会非常显著。

预编译头的实际作用 #

• 减少重复解析开销：对于包含大量标准库、第三方库头文件的项目，每次编译都要重复解析这些头文件会耗费大量时间，预编译头将解析结果缓存，所有源文件直接复用，大幅缩短编译时间
• 降低内存占用：重复解析头文件会导致编译器内存占用飙升，预编译头能减少内存消耗，提升编译稳定性
• 统一编译环境：预编译头可以确保所有源文件使用相同的头文件解析结果，避免因头文件包含顺序或宏定义差异导致的编译问题

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Autechre