=🚩 Hello World from C to C++20

Hello World! for C

#include <stdio.h>

int main(int argv, char **args)
{
    printf("Hello World!");
    return 0;
}

Hello World! for C++

#include <iostream>
#include <cstdio>  // C++ style for stdio.h

using namespace std;

int main(int argv, char **args)
{
    cout << "Hello World!" << endl;
    return 0;
}

模块化是 C++20 最重要的两个特性之一，另一个是协程 (Coroutine)。模块化引入可以解决从 C 语言中继承下来的 include 机制存在的问题：

模糊的模块边界；
循环处理导致编译效率低下；
宏展开会导致符号污染，也就是命令空间污染问题；

Hello World! for C++20

// MyProgram.cpp
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
import Example;
// import std.core;   // require VS 2022
// import <iostream>; // require VS 2019
#include <iostream>   // this is alway ok

using namespace std;

int main()
{
   cout << "The result of f() is " << Example_NS::f() << endl; // 42
   // int i = Example_NS::f_internal(); // C2039
   // int j = ANSWER; //C2065
}

// Example.ixx
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
export module Example;

#define ANSWER 42

namespace Example_NS
{
   int f_internal() {
        return ANSWER;
      }

   export int f() {
      return f_internal();
   }
}

从 C 开始，标准库头文件就使用 .h 文件，但是在 C++ 引入 Standard Library 并不需要指定扩展名。比如以及其它标准库，都定义在 std namespace 或者子命名空间内。

但是，C++ 依然为 C 标准库保留了两种形式，

首先，是推荐使用的无扩展名的版本，如，所有这些标准库都定义在 std 命名空间中。
其次，是旧版本，像 C 语言中一样使用 .h 后缀扩展名，它们没有定义命名空间。

比如，引入 <stdio.h> 这个标准库，它就是不使用 namespaces 特性的库。

需要注意的是，C++20 的模块方式下，所有 C 标准库不保证可以通过 import 导入，为了安全起见，应该使用 include 导入指令，而不是 import 导入。

要编译使用了 modules 特性的 C++ Hello World 是相当有门槛的，至少在目前阶段来说，大部分编译器没都没支持到模块化，即使用是最新的编译器，对 C++ 模块化支持也是部分功能的支持。

GCC 12.2 和 Clang 13.0.0 都不支持 std::format 模块功能。或者更确切地说，他们的标准库实现不支持它。Clang 14.0.0 的 libc++ 或者 GCC 13 libstdc++ 支持，但仍标记为不完整的功能。

目前标准库还未曾实现模块化，也就不能使用 import 导入标准库，否则报错：

cannot be imported because it is not known to be a header unit

Standard Library Header Units 即标准库的标头单元，标头单元是头文件和 C++ 20 模块中间步骤。

标头单元和头文件之间的一个重要区别是，标头单元不受标头单元之外的宏定义的影响。也就是说，不能定义导致标头单元行为不同的预处理器符号，避免宏定义产生符号污染。导入标头单元时，就已经编译了标头单元。这与处理文件的方式 #include 不同。包含的文件可能会受到头文件外部的宏定义的影响，因为在编译包含它的源文件时，头文件会经过预处理器。

必须将头文件转换为标头单元，才能导入该头文件。GCC 使用 -x c++-system-header 参数生成标头单元，生成文件在 gcm.cache 目录下。模块引入要严格遵守 modules 之间的依赖关系，被依赖的一定要放在前面。

但是，只要编译器还不支持 std::format()，就可以使用免费提供的 {fmt} 库作为替换。下载到 {fmt} 库文件，将其中的 include/fmt 和 src 目录复制为项目中的 fmt 和 src 子目录。然后，根据需要引入 fmt/core.h, fmt/format.h, fmt/format-inl.h, src/format.cc 等等文件。

C++ iostream 的主要作用是让初学者有一个方便的命令行输入输出试验环境，在真实的项目中很少用到 iostream，因此不必把精力花在深究 iostream 的格式化与 manipulator。iostream 的设计初衷是提供一个可扩展的类型安全的 IO 机制，但是后来莫名其妙地加入了 locale 和 facet 等累赘。其整个设计复杂不堪，多重+虚拟继承的结构也很巴洛克，性能方面几无亮点。iostream 在实际项目中的用处非常有限，为此投入过多学习精力实在不值。

C 语言的 stdio 库函数安全性问题比较严重，C99 增加了 snprintf() 等能够指定输出缓冲区大小的函数，输出方面的安全性问题已经得到解决；输入方面似乎没有太大进展，还要靠程序员自己动手。另外，扩展性不够，因为直接使用 FILE* 输入输出数据流，用户数据类型需要额外的处理。

C++ 设计 iostream 的初衷包括克服 C stdio 的缺点，提供一个高效的可扩展的类型安全的 I/O 机制。 “可扩展”有两层意思，一是可以扩展到用户自定义类型，而是通过继承 iostream 来定义自己的 stream， “类型可扩展”和“类型安全”都是通过函数重载来实现的，也解决了旧有的安全性(security)方面的问题。

但是，C++ 添加了太多额外的功能，总想着考虑周全，这使得它变得非常沉重。其中一就是本地化功能， The Standard C++ Locale by Nathan C. Myers，所以在需要 I/O 性能优化的应用中慎用。

参考第三 key-value db：

==⚡ GCC Clang & C++20

C++ 作为向后兼容 C 语言的一种系统底层高级编程语言，它的编译流程也基本和 C 语言的编译流程一致。 C 语言在贝尔实验室刚诞生时，由于当时的计算机资源相当有限，其内存无法完全表示大型源文件的语法树。所以，为了能够编译大型项目，Dennis Ritchie 采用了分开编译源文件，最后链接形成可执行文件的编译单元化**，让大文件的编译成为可能。

是从编译器角度来看编译单元，translation unit 或者 compilation unit，这是非常重要的一个概念，即一个源文件经过预处理后，再经过编译后产生的一个目标文件，将 .cpp 编译成 .o 文件，编译单元中定义的符号与其它编译单元之间具有一种连接属性。长期以来，internal linkage 和 external linkage 是两种基本的连接属性，C++11 又引入了线程本地存储连接，C++20 则是引入了模块连接。

早期的 C 语言编译器也并不像现代的编译器做一个单独的可执行程序，Dennis Ritchie 为 PDP-11 编写的 C 语言编译器由七个可执行文件组成：cc/cpp/as/ld/c0/c1/c2。编译的步骤为:

预编译：cpp 预处理器首先处理 #define，#Include 等指令，以及展开宏定义；
编译：cc c0 c1 c2 编译器将源代码转化汇编代码；
汇编：as 汇编程序将汇编代码转化为目标文件，并生成符号表，包括无定义的符号；
链接：ld 连接器将多个源文件链接成可执行文件，处理上一步留下的无定义符号链接问题；

现在的编译器也很多是由单独功能的程序模块组成的编译工具链，如 GCC 编译器编译 C++ 程序分步骤流程：

预处理： gcc -E
编译： gcc -S
汇编： gcc -c
链接： gcc -o 指定输出

预处理程序 preprocessor 是 C++ 编程中相当重要的一个阶段，它相当于是一个代码生成器，通过宏定义的展开，可以实现复杂的程序结构。C++20 从头文件引用转换到模块引用，其中一个问题就是头文件的预处理。

当下，Clang 作为一个优秀的编译器前端与 LLVM 编译器架构一起发扬光大，无论是对 C/C++ 规范的支持，编译速度，还是错误信息的友好度都是业界领先。无论是在工程，还是平时使用，Clang 都是一个可以作为第一选择的编译器。

C/C++ Support in Clang

Language Standard	Flag	Available in Clang?
C89	-std=c89	Yes
C99	-std=c99	Almost certainly
C11	-std=c11	Probably
C17	-std=c17	Maybe?
C2x	-std=c2x	Partial
C++98 / C++03	-std=c++98	Yes (other than export)
C++11	-std=c++11	Clang 3.3
C++14	-std=c++14	Clang 3.4
C++17	-std=c++17	Clang 5
C++20	-std=c++20	Partial
C++2b (tentatively C++23)	-std=c++2b	Partial

C++20 是有史以来最大的 C++ 版本更新，但是不知什么原因它又没有完全完工，是疫情版完成了后续的工作， C++23 “Pandemic Edition” is complete。要使用最新的功能，需要 GCC 11 或 CLang 12 版本。 GCC 10.9 开始基础运行库命名为 libc++，早期的版本则默认为 libstdc，可以按需要安装指定版本。

虽然 C++20 开始引入模块化概念，但目前来说仍然不成熟，它需要解决的问题包含：

Rewrite the world’s code: 不向后兼容（历史包袱）扔掉头文件就需要重写整个工业基础库。
Versioning: 模块没有版本概念，开发者必须依赖语言底层的版本控制机制。
Namespaces: 与某些语言不同，模块并不暗示任何命名空间的概念，不同模块存在同名冲突。
Binary distribution of modules: 头文件，特别是 C++ 的头文件暴露了语言的全部复杂性。在体系结构、编译器版本和供应商之间，在技术上保持稳定的二进制模块格式不可行。

C++20 Modules 编译器支持度：

C++20 feature	GCC	Clang
Modules P1103R3	11 (partial)	8 (partial)
Standard Library Modules P2465R3	-	-

或者使用 VS 2022，当然，VS 2019（MSVC 16.8）已经开始支持模块，安装“用于 v142 生成工具的 C++ 模块（实验性）”，即可以获得模块化的标准库。

标头单元是头文件的二进制表示形式，各家编译器使用不同扩展名。标头单元文件是预编译内容的缓存文件，相当于编译出来的 object，链接的时候直接可用，比起头文件的嵌套处理快速多了。 P1838R0: Modules User-Facing Lexicon and File Extension

Compilers	HeaderUnits	Notes	Module File Extension
Clang/LLvm	.pcm	BMI - Binary Module Interface	.cppm
GCC	.gcm	CMI - Compiled Module Interface	.pcm .gcm .gcmu .gcms
MSVC	.ifc	IFC	.cpp .cppm .ixx .mpp .mxx .cmi

暂且将有点软的格式词库 Industry Foundation Class（IFC），其格式规范旨在定义一种用于在高抽象级别上描述 C++ 程序或程序片段语义的二进制格式，然后降为机器代码或类似代码。

格式化工具库的支持目前只有 MSVC 16.10 完全支持，Clang 14 使用 -stdlib=libc++ 支持，相对落后一点的 GCC 12.2 还不支持：

C++20 feature	GCC	Clang
P2418R2 DR: non-const-formattable types to std::format	13	15
P2216R3 DR: std::format() improvements	13	14* (partial) 15
P0645R10 Text formatting	13	14*

而标准库模块化方面，GCC 和 Clang 都没有提供，VS 2019 16.10 版本以上则可以支持。

Clang 15 支持规范标准：

Flag	Language Standard
'c++98' or 'c++03'	ISO C++ 1998 with amendments
'gnu++98' or 'gnu++03'	ISO C++ 1998 with amendments and GNU extensions
'c++11'	ISO C++ 2011 with amendments
'gnu++11'	ISO C++ 2011 with amendments and GNU extensions
'c++14'	ISO C++ 2014 with amendments
'gnu++14'	ISO C++ 2014 with amendments and GNU extensions
'c++17'	ISO C++ 2017 with amendments
'gnu++17'	ISO C++ 2017 with amendments and GNU extensions
'c++20'	ISO C++ 2020 DIS
'gnu++20'	ISO C++ 2020 DIS with GNU extensions
'c++2b'	Working draft for ISO C++ 2023 DIS
'gnu++2b'	Working draft for ISO C++ 2023 DIS with GNU extensions

另外，Clang LSP 语言服务默认没有启用 C++20 规范，可以通过以下方式启用以识别新的关键字：

For compile_flags.txt only -std=c++20 seems to work.

For .clangd it seems it should be:

CompileFlags:
  Add: [-std=c++20, -xc++]

新规范的 import 关键字用法有多种形式：

    import <iostream>; // import header unit
    import "module.h"; // import header file
    import module;     // import module unit
    import module.submodule;
    import module:partition;
    import :partiion;

注意，第二种，导入头文件和 include 功能非常类似，都可以实现插入代码到当前编译单元。但是，不同的是，如果在一个模块中使用 import "module.h";，那么这个头文件不可以访问到当前模块中定义的宏。模块中还可以使用 module :private; 进行私有化控制，避免外部访问私有区块。

模块定义关键字 module 及 export 的用法，默认情况下模块及实现可以在同一代码文件中定义，也可以像传统 C/C++ 代码那样，声明与实现分离在 .h 和 .cpp 文件中，以加速编译流程。

and you want to import; you first need to compile it, e.g.

$ g++ -c -std=c++20 -fmodule-header header.h 
This generates a header.h.gcm file. The header can now be imported using the directive

import "header.h";

与模块相关的每个文件称为模块单元，Module Unit，可以分离接口与实现，分别在两个单元中编写。主模块使用 export module 声明导出的模块名，而实现模块中则不使用 export：

    // 01. A Primary Module Interface Unit (PMIU)
    module;                   // global module fragment [optional]
    #include <xtensor.hpp>
    export module my_module;  // module declartion 

    // 02. A Module Implementation Unit
    // An implementation unit contains the line:
    module my_module;

    export :my_partition;
    module :private; // Private Module Partition (optional)

全局模块片段（Global module fragments）用来处理 C++20 规范之前那些不支持模块的代码、头文件，这些代码实际被隐式的当作全局模块片段处理，在全局模块片段声明后 include 这些头文件。

子模块 submodule 并不是命名空间上的划分，而只是名称上分类管理，也就是将“模块”的边界自由度交给开发者进行管理。同义为同一模块的不同文件，会作为一个模块编译。

Clang 解析模块名使用的正则表达式是 [a-zA-Z_][a-zA-Z_0-9\.]*，即模块名中的点其实就是名称的一部分，只是看着像子模块而已。Clang 文档中将模块分成 4 种形式：

Primary module interface unit export module module_name;
Module implementation unit module module_name;
Module interface partition unit export module module_name:partition_name;
Internal module partition unit module module_name:partition_name;

模块分块单元则是 import module:partition; 这样的格式定义。模块分区可以精细地控制模块定义中要导出的部分，方便将大模块拆解成小的分区，如 export :partition;。

从实践角度看，namespace 语义并没什么改变，导出模块中的符号定义在什么命名空间下，使用时，就需要通过相应的命名空间来访问导出的符号。使用 export 导出符号有以下方式：

可以分为单符号导出： export function, variable ...
可以导出类型定义： export class { ... }。
或者花括号代码块导出，方便导出代码块内的所有符号定义： export {...}
可以导出整个命名空间，和导出代码块类似： export namespace { ... }

使用 import 和 export 的约束：

export module must appear once per module
export import is only allowed for interface partitions
export is not allowed in implementation units
import 是一个特殊关键字，在其它语句前使用就是导入模块，否则它就是一个标识符。

以下使用 Homebrew 安装的 clang version 15.0.7，以及 GCC 12.2.0。

Clang 模块的一些定义规则：

模块文件使用 .cppm 扩展名，不像 GCC 可以使用支持的多个扩展名；
模块代码中以 module; 打头，但是 export module 语句要在 include 指令后面；
使用 --precompile 指令预编译模块时，输出名称要和源文件名一致；

Clang 模块文件一般要保存为 .cppm 文件，根据模块文件的用途选择：

Importable module unit: .cppm, .ccm, .cxxm, .c++m
Implementation unit: .cpp, .cc, .cxx, .c++

如果使用 GCC 编译，则宽松很多，保存为 .cc 或 .cxx .cpp 都可以，并且也不要求导出模块名称与文件名一致。不过，为了一致，还是保持一致的模块名与文件名为好，最好连命名空间也保持一致。否则就是 Module implementation units are spooky beasts！不要人为模糊导入、导出，使模块边界模糊化。

Clang 作为和 GCC 兼容的编译器，它也可以通过 -c 指令来指示编译使用什么语言规范来解析输入的文件。但是，使用非规范文件扩展名并编译模块 BMI 文件时，像在 GCC 中那样指定 -xc++ 并不起作用，而需要指定 -xc++-module 才能让 Clang 编译生成 BMI。 Clang 17.0.0 Docs Index Clang 15.0.0 documentation

Clang 模块定义语法参考：

[export] module module_name[:partition_name];

模块定义以及测试参考如下：

    // hello.cppm
    module;
    export module hello;

    #define ANSWER 20

    namespace NS
    {
       int f_internal() {
          return ANSWER;
       }

       export int f() {
          return f_internal();
       }
    }

    // hello.cpp
    import hello;
    #include <iostream>

    using namespace std;

    int main() {
        cout << "Hello c++" << NS::f() << endl;
    }

Clang 文档中给出了传统编译模式与模块化模式的编译流程图，可以清晰地了解模块化背后的编译工序：

    # The traditional compilation processes for headers are like:
    src1.cpp -+> clang++ src1.cpp --> src1.o ---,
    hdr1.h  --'                                 +-> clang++ src1.o src2.o ->  executable
    hdr2.h  --,                                 |
    src2.cpp -+> clang++ src2.cpp --> src2.o ---'

    # And the compilation process for module units are like:
                  src1.cpp ----------------------------------------+> clang++ src1.cpp -------> src1.o -,
    (header unit) hdr1.h    -> clang++ hdr1.h ...    -> hdr1.pcm --'                                    +-> clang++ src1.o mod1.o src2.o ->  executable
                  mod1.cppm -> clang++ mod1.cppm ... -> mod1.pcm --,--> clang++ mod1.pcm ... -> mod1.o -+
                  src2.cpp ----------------------------------------+> clang++ src2.cpp -------> src2.o -'

Clang 编译命令参考，编译标头单元文件需要 Clang 15：

clang++ -std=c++20 --precompile ../mod.cppm -o mod.pcm
clang++ -std=c++20 -fprebuilt-module-path=. mod.pcm ../hello.cpp -o Hello; ./Hello

clang++ -std=c++20 -stdlib=libc++ -fprebuilt-module-path="." mod.pcm ../hello.cpp
clang++ -std=c++20 -stdlib=libc++ -fexperimental-library hello.cpp

clang++ -std=c++20 -xc++-user-header --precompile mod.cppm -o mod.pcm
clang++ -std=c++20 -xc++-system-header --precompile iostream -o iostream.pcm

clang++ -std=c++20 -fmodule-header foo.h -o foo.pcm
clang++ -std=c++20 -fmodule-file=foo.pcm use.cpp

clang++ -std=c++20 -fmodule-header=system -xc++-header iostream -o iostream.pcm
clang++ -std=c++20 -fmodule-file=iostream.pcm use.cpp

因为当前 GCC 或 Clang 还未提供标准库模块化支持，导入标准库时，就需要手动编译标头单元文件。与用户定义的命名模块类似，使用 --precompile 编译标头单元文件生成 BMI，但是还需要额外指令，以下任选一种：

通过 -xc++-system-header 或 -xc++-user-header 指定输入文件是头文件。
通过 -fmodule-header={user,system} 选项为 .h 或 .hh 文件生成 BMI。

默认值为 -fmodule-header=user，即相当于 MSVC 中使用 /headerUnit:quote 类似，按用户搜索路径定位标头文件。可以多次使用 -fmodule-file 以指定多个 BMI 文件。 https://clang.llvm.org/docs/ClangCommandLineReference.html#cmdoption-clang-fmodule-file

有三种方法可以指定 BMIs 文件路径，-fmodule-file 还可以映射模块名到 BMI：

-fprebuilt-module-path=<path/to/direcotry>.
-fmodule-file=<path/to/BMI>.
-fmodule-file=<module-name>=<path/to/BMI>.

当导入 M 模块就会在指定目录下查找 M.pcm 文件，导入分区模块 M:P 就会查找 M-P.pcm 文件。除非使用 -fmodule-file 进行映射，这种方式节省了文件查找的时间。注意，模块之间的依赖对应的是 .pcm 文件的依赖。

使用分离式模块文件组织方式时，export 的用法在不同编译器之间有差异，模块中不能使用多条相同的 export module 语句，会导致模块初始化多重执行。

Clang 对模块分区文件名称有要求，假设模块接口单元 BMI 文件名为 module_name.pcm，那么对应的模块分区 BMI 文件名就应该是 module_name-partition_name.pcm，注意后缀 partition_name。

multiple definition of `initializer for module mod';

    // interface unit mod.ixx
    export module mod;

    // implementation unit mod.cpp
    export module mod; // Clang
    module mod; // GCC or MSVC

clang++ -std=c++20 M.cppm --precompile -fmodule-file=M-interface_part.pcm -fmodule-file=M-impl_part.pcm -o M.pcm

clang++ -std=c++20 -xc++-module ..\mod-math1.cppm --precompile
clang++ -std=c++20 -xc++-module ..\mod-math2.cppm --precompile
clang++ -std=c++20 -xc++-module ..\mod.cppm -fprebuilt-module-path=".\" --precompile
clang++ -std=c++20 mod-math2.pcm mod-math1.pcm mod.pcm ..\app.cpp

clang++ -std=c++20 -xc++-module ..\mod.math1.ixx --precompile
clang++ -std=c++20 -xc++-module ..\mod.math2.ixx --precompile
clang++ -std=c++20 -xc++-module ..\mod.ixx -fprebuilt-module-path=".\" --precompile
clang++ -std=c++20 mod.math2.pcm mod.math1.pcm mod.pcm ..\app.cpp

clang++ -std=c++20 -xc++-module ..\mod.ixx --precompile -fmodule-file="mod-math1.pcm" -fmodule-file="mod-math2.pcm" -o mod.pcm

clang++ -std=c++20 M.cppm --precompile -fmodule-file=M-interface_part.pcm -fmodule-file=M-impl_part.pcm -o M.pcm

GCC 在文件扩展名上的设计选择是，不支持新的拓展名，只支持原有的 .cc, .cxx, .cpp 等等拓展名。 gcc 和 g++ 命令分别处理 C 语言和 C++ 语言，它们会根据输入文件的扩展名确定编译使用的语言规范，但是 GCC 提供了一个语言选项，在使用“特殊”扩展名时，用来指定什么什么语言规范解析文件内容：

g++ ..\xoption.xpp ..\xoption.xpp: file not recognized: file format not recognized collect2: error: ld returned 1 exit status g++ -x c++ ..\xoption.xpp; .\a.exe Test gcc -x c++

Overall Options (Using the GCC)

-x language
Specify explicitly the language for the following input files 
(rather than letting the compiler choose a default based on the file name suffix).
This option applies to all following input files until the next -x option. 
Possible values for language are:

c  c-header  cpp-output
c++  c++-header  c++-system-header c++-user-header c++-cpp-output
objective-c  objective-c-header  objective-c-cpp-output
objective-c++ objective-c++-header objective-c++-cpp-output
assembler  assembler-with-cpp
ada
d
f77  f77-cpp-input f95  f95-cpp-input
go

-x none
Turn off any specification of a language, so that subsequent files are 
handled according to their file name suffixes 
(as they are if -x has not been used at all).

GCC 编译命令参考如下，使用 PowerShell。GCC 可以一条命令中编译模块、主程序代码文件，自动生成 GCM 文件并保存到 gcm.cache 目录下。也可以分部操作，先编译模块得到 object 文件，最后一起链接，这种方式通常用于大型项目，避免那些不需要更新的模块被重复编译，以节点编译时间：

    # GCC 12.2.0
    $cclv = "C:\mingw-w64\llvm-mingw-20220906-msvcrt-x86_64\bin\aarch64-w64-mingw32-g++.exe"
    $cclu = "C:\mingw-w64\llvm-mingw-20220906-ucrt-x86_64\bin\aarch64-w64-mingw32-g++.exe"
    $ccv = "C:\mingw-w64\x86_64-12.2.0-release-win32-seh-msvcrt-rt_v10-rev2\bin\g++.exe"
    $ccu = "C:\mingw-w64\x86_64-12.2.0-release-win32-seh-ucrt-rt_v10-rev2\bin\g++.exe"
    $env:Path = ";C:\mingw-w64\x86_64-12.2.0-release-win32-seh-ucrt-rt_v10-rev2\bin;"+$env:Path

    &$ccu -std=c++20 -fmodules-ts -xc++-user-header -Ipath/to/search hello.h
    &$ccu -std=c++20 -fmodules-ts -xc++-system-header iostream  -xc++-system-header vector
    &$ccu -std=c++20 -fmodules-ts ../hello.cc ../hello.cpp -o hello ; ./hello
    g++-12 -std=c++20 -fmodules-ts ../hello.cc ../hello.cpp -o hello ; ./hello
    
    # GCC 11 surport to generates a gcm from header
    # then you can use: import "header.h";
    g++-12 -c -std=c++20 -fmodule-header header.h 

    g++ -c -xc++ -std=c++20 -fmodules-ts modules_ixx/*.ixx
    g++ -c -xc++ -std=c++20 -fmodules-ts modules_ixx/hello.ixx
    g++ -c -xc++ -std=c++20 -fmodules-ts modules_ixx/world.ixx
    g++ -c -std=c++20 -fmodules-ts modules_ixx/app.cpp 
    g++ app.o hello.o world.o -o App

Windows 系统上，可以安装最新版本 MinGW-w64 编译工具以使用 GCC 12.2。Windows WSL 系统下可以使用 Homebrew 管理工具安装最新的 GCC 12。

$ which g++-12
~/homebrew/bin/g++-12

$ strings /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 | grep GLIBC
...
GLIBC_2.30
GLIBC_PRIVATE
GNU C Library (Ubuntu GLIBC 2.31-0ubuntu9.9) stable release version 2.31.

但是，这个版本的 Link Time Optimization (LTO) 插件依赖更新的 GLIBC 2.33，没有更新到位就会导致链接失败。libLTO 插件作为 LLVM 的一部分，也是模块间优化 intermodular optimization，一种用于代码链接阶段的优化技术。LTO 是优化代码的一系列编译器优化技术的集合，不同于其他的优化技术， LTO 聚焦于分析整个程序代码。

~/homebrew/Cellar/gcc/12.2.0/libexec/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/12/liblto_plugin.so: 
error loading plugin: 
    /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6: version `GLIBC_2.33' not found
    (required by liblto_plugin.so)

另外，新 DWARF 5 调试数据格式于 2017 年发布，以取代已有十年历史的 DWARF 4。DWARF 5 支持更好的数据压缩、各种性能改进、围绕优化代码的更好的调试处理，以及对 DWARF4 的其他增强。DWARF 5 本身已经开发了五年，详细信息请参见 DWARFstd.org。但是新的技术就需要新的运行库依赖，这可能导致编译器工作失败的原因。

GCC 支持 -gdwarf-5 开关来生成与 DWARF5 兼容的调试信息，但默认值仍然是 DWARF4，新的版本是 “仅实验性的”。使用 readelf -w 可以查询文件中的所有 DWARF 信息区段。

WSL 软件仓库没有提供最新版，只好从源代码构建，根据网络速度选择下载 gz 或更大压缩率的 xz：

wget http://ftp.gnu.org/gnu/libc/glibc-2.33.tar.gz
wget http://ftp.gnu.org/gnu/libc/glibc-2.33.tar.xz
tar -vxzf glibc-2.33.tar.gz

mkdir ~/glibc-2.33-install
mkdir build 
cd build
~/glibc-2.33/configure --prefix=~/glibc-2.33-install
make
make install

Linux 系统安装软件的基本流程是：configure → make → make install。配置文件是一个可执行脚本，其中 -–prefix 选项是配置安装的路径，如果不配置该选项，默认安装行为如下：

可执行文件放在 /usr/local/bin
库文件放在 /usr/local/lib
配置文件默认放在 /usr/local/etc
其它的资源文件放在 /usr/local/share

通过指定配置 -–prefix，可以把所有资源文件放在指定路径下，统一管理，此选项方便卸载软件或移植软件。

GCC 上不能使用 fromat 标准库，可以使用 {fmt} 库，Professional C++ 5th 的入门教程中提供了一个头文件参考，只是引入了 {fmt} 的格式化函数、错误对象，以及格式化扩展接口。fmtlib 源代码中， src 目录包含的 fmt.cc 是一个全局模块，它引用了 C++ 标准库，也引用 {fmt} 库。

全局模块片段 global module fragment 用来解决 import 头文件时无法和传统头文件引入效果的问题。通过在 fmt.cc 模块内 include 标准库头文件，就可以和传统的引入标准库一样的效果。

#pragma once
#define FMT_HEADER_ONLY
#include "fmt/format.h"
namespace std
{
    using fmt::format;
    using fmt::format_error;
    using fmt::formatter;
}

可以按前面提到的方法，将此头文件编译成标头单元，这样就只可以使用 import "fmt.h" 这样的方式使用。引入外部依赖时，需要乃至三个 GCC 参数，-I -L -l 分别添加头文件、库文件搜索目录，以及库文件引用。

g++ ../hello.cpp -Ipath/to/3rd/fmtlib/include
g++ -c -std=c++20 -fmodules-ts -fmodule-header ../fmt.h -I/fmtlib/include

目前 GCC 12.2 还没有提供标准库，使用 {fmt} 库替代。

{fmt} Format String Syntax 格式字符串语法参考 {fmt} Formatting & Printing Library

replacement_field ::=  "{" [arg_id] [":" (format_spec | chrono_format_spec)] "}"
arg_id            ::=  integer | identifier
integer           ::=  digit+
digit             ::=  "0"..."9"
identifier        ::=  id_start id_continue*
id_start          ::=  "a"..."z" | "A"..."Z" | "_"
id_continue       ::=  id_start | digit

format_spec ::=  [[fill]align][sign]["#"]["0"][width]["." precision]["L"][type]
fill        ::=  <a character other than '{' or '}'>
align       ::=  "<" | ">" | "^"
sign        ::=  "+" | "-" | " "
width       ::=  integer | "{" [arg_id] "}"
precision   ::=  integer | "{" [arg_id] "}"
type        ::=  "a" | "A" | "b" | "B" | "c" | "d" | "e" | "E" | "f" | "F" | "g" | "G" |
                 "o" | "p" | "s" | "x" | "X"

chrono_format_spec ::=  [[fill]align][width]["." precision][chrono_specs]
chrono_specs       ::=  [chrono_specs] conversion_spec | chrono_specs literal_char
conversion_spec    ::=  "%" [modifier] chrono_type
literal_char       ::=  <a character other than '{', '}' or '%'>
modifier           ::=  "E" | "O"
chrono_type        ::=  "a" | "A" | "b" | "B" | "c" | "C" | "d" | "D" | "e" | "F" |
                        "g" | "G" | "h" | "H" | "I" | "j" | "m" | "M" | "n" | "p" |
                        "q" | "Q" | "r" | "R" | "S" | "t" | "T" | "u" | "U" | "V" |
                        "w" | "W" | "x" | "X" | "y" | "Y" | "z" | "Z" | "%"

std::format 格式化参考：

    std::format("Hello {} in C++{}", "std::format", 20);
    // Hello std::format in C++20
    std::format("{0:#08b}, {0:#08o}, {0:08}, {0:#08x}", 16);
    // lower: 0b010000, 00000020, 00000016, 0x000010
    std::format("{0:#08B}, {0:#08o}, {0:08}, {0:#08X}", 15);
    // upper: 0B001111, 00000017, 00000015, 0X00000F
    std::format("{:#<8} {:*>8} {:-^5}", "Hello", "world", '!');
    // Align: Hello### ***world --!--

    // to output the result to an arbitrary output iterator,
    std::format_to(std::ostream_iterator<char>(std::cout, ""),
        "Hello {} in C++{}\n", "std::format", 20);

    // to determine the output size, len = 27
    std::cout << std::formatted_size("Hello {} in C++{}\n", "std::format", 20);

    // or limit the size of the output. got: "Hello std"
    std::format_to(std::ostream_iterator<char>(std::cout, ""),
        11, "Hello {} in C++{}\n", "std::format", 20);

    // std::format is specified to produce a compilation error, 
    // which is implemented in the library itself using C++20 consteval functions.
    std::cout << std::format("{0:#08B}, {0:#08o}, {0:08}, {0:#08X}", "15");

扩展格式化接口，实现自定义类型格式化输出：

    #include <format>
    #include <iostream>

    enum class Color { R, G, B};

    template <>
    struct std::formatter<Color> : std::formatter<const char*> 
    {
      static constexpr const char* colors[] = { "red", "green", "blue" };

      auto format(Color c, auto& ctx) const -> decltype(ctx.out())
      {
        using base = formatter<const char*>;
        return base::format(colors[static_cast<int>(c)], ctx);
      }
    };

    int main()
    {
      std::cout << std::format("Hello {} in C++{}", "std::format", 20) << std::endl;
      std::cout<< std::format("{:#<9}\n{:#^9}\n{:#>9}\n", Color::R, Color::G, Color::B);
    }

LLVM 子项目 libc++ 目前只支持类 Linux 平台，Windows 平台上只能借用 MSVC 或者 MingGW 提供的 C++ 运行库。官方文档表示 Clang 不是 MSVC 的替代品，而是补充。通过 -fuse-ld= 可以指定以下任何一种支持的链接程序：

GNU ld
GNU gold
LLVM’s lld
MSVC’s link.exe

Link-time optimization 原生支持持链接期优化，使用 gold 时通过链接程序插件支持。

Clang 支持以下两种 C++ standard library 实现，使用 -stdlib 参数的设置：

LLVM’s libc++，此库旨在成为从 C++11 开始的 C++ 标准完整实现，-stdlib=libc++ 。
GCC’s libstdc++，Clang 支持 libstdc++4.8.3 及更高版本，-stdlib=libstdc++。

另外，Clang 版本需要和 Visual Sutio 版本匹配，版本不匹配会出现编译或链接问题。Visual Studio 2022 安装包本身也提供了 Clang 15 编译器。如果已经手动下载安装了 LLVM Clang 14 则可以搭配 VS 2019 使用，注意 x86 或者 x86_64 也对应，两者版本不匹配就会出现编译问题。

STL1000, "Unexpected compiler version, expected Clang 15.0.0 or newer."

另外，-fprebuilt-module-path 目录设置为 . 可能引起无法打开当前目录的问题，需要指定绝对路径：

LINK : fatal error LNK1104: 无法打开文件“.”

在 Windows 下使用 Powershell 执行编译命令时，可以会出现 clang 找不到基础运行库的问题。需要使用 Visual Studio 提供的运行时，使用 VC 环境脚本可以提供环境配置。需要注意，PowerShell 没有 @call 这个指令。使用 cmd /k 调用脚本后，不会保留环境配置信息。只能进入 cmd 环境下执行编译命令。

当然，可以使用 cmd /c 执行环境配置脚本后，将配置信息通过 SET 指令打印出来，再使用 PowerShell 进行二次处理，也可以实现一定的自动配置功能，但这已经失去了方便使用的的原则。

这就需要使用开发环境提供的一个专用模块 “Microsoft.VisualStudio.DevShell.dll”，用它来初始化 PowerShell VC 编译环境。可以安装 Windows Terminal 终端工具，方便运行编译环境。

    # fatal error: 'iostream' file not found

    # cmd /c vcvars32.bat > null 2>&1 && SET
    
    # Developer Command Prompt for VS 2019
    cmd.exe /k "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\Common7\Tools\VsDevCmd.bat" -arch=x64 -host_arch=x64
    # Developer PowerShell for VS 2019
    powershell.exe -NoExit -Command "&{Import-Module """C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\Common7\Tools\Microsoft.VisualStudio.DevShell.dll"""; Enter-VsDevShell 40c012a9 -SkipAutomaticLocation -DevCmdArguments """-arch=x64 -host_arch=x64"""}"
    powershell.exe -noe -c "&{Import-Module """C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\Common7\Tools\Microsoft.VisualStudio.DevShell.dll"""; Enter-VsDevShell 40c012a9}"

    # Developer Command Prompt for VS 2019
    %comspec% /k "C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\2022\Community\Common7\Tools\VsDevCmd.bat"
    # Developer PowerShell for VS 2022
    powershell.exe -noe -c "&{Import-Module """C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\2022\Community\Common7\Tools\Microsoft.VisualStudio.DevShell.dll"""; Enter-VsDevShell d11e5b8c}"

命令行直接以新进程方式运行，如果要在 PowerShell 执行，就需要使用反引号对参数中的双引号进行转义。

powershell.exe -c "&{Import-Module `"`"`"C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\2022\Community\Common7\Tools\Microsoft.VisualStudio.DevShell.dll`"`"`"; Enter-VsDevShell d11e5b8c}"

==⚡ Cmake vs. Xmake who is Ninja

CMake 3.23 更新功能 FILE_SET 可以使用 CXX_MODULES 支持 C++20 的模块。 CMake 对 C++20 模块这个不成熟的方案支持度还不够高，可用 add_custom_target 来编译模块。 Ninja 1.10.2 在编译时，即使用 GCC 生成的 GCM 文件也会报错。

Xmake 则称支持 C++20 模块，这是一个基于 lua 脚本语言开发的构建工具。现在 Xmake 支持远程编译，分布式编译，内置本地缓存，远程缓存。Xmake 的设计模式是直接构建，不依赖 makefile 和 make 工具，自动处理头文件依赖，并且默认开启多任务来加速构建，构建、打包、安装流程化处理。

Xmake 是个人维护的一个开源项目，主程序用 C 语言开发，基于 Luajit 二次开发。源代码目录结构：

core/src 即为主程序的源代码，包管理工具 tbox，包仓库 xrepo，依赖 lua，luajit。
xmake 目录即为构建工具的框架代码，也就是用户使用的 xmake 构建工具实现逻辑。
tests 目录包含一些测试、示范工程。

可以使用多种脚本方式安装，或者手动下载：

    # https://github.com/xmake-io/xmake
    # * 官方自建仓库 [xmake-repo](https://github.com/xmake-io/xmake-repo) (tbox >1.6.1)
    # * 官方包管理器 [Xrepo](https://github.com/xmake-io/xrepo)
    curl -fsSL https://xmake.io/shget.text | bash
    wget https://xmake.io/shget.text -O - | bash
    Invoke-Expression (Invoke-Webrequest 'https://xmake.io/psget.text' -UseBasicParsing).Content

可以简单理解 xmake 为下面的综合体

Xmake ~= Make/Ninja + CMake/Meson + Vcpkg/Conan + distcc + ccache

# https://xmake.io/#/guide/quickstart
# https://github.com/xmake-io/xrepo
# https://github.com/xmake-io/xmake-docs
# https://github.com/xmake-io/xrepo-docs
# And xmake will generate some files for c language project:
# hello
# ├── src
# │   └── main.c
# └── xmake.lua
$ xmake create -l c -P ./hello
$ cd hello
$ xmake
$ xmake run hello

xmake 会自动探测当前主机平台，默认自动生成对应的目标程序。Xmake 支持 Wasm (WebAssembly) 和 Mysys2、MinGW 等等平台。编译 WebAssembly 程序（内部会使用emcc工具链），在切换此平台之前，需要先进入 Emscripten 工具链环境，确保 emcc 等编译器可用。

xmake 除了支持 Msys2/MingW, MingW for macOS/linux 之外，还支持 llvm-mingw 工具链，可以切换 arm/arm64 架构来编译。注意配合 --sdk 来指定编译器工具的所在。

自动选择或指定编译器或链接程序，手动指定编译及相关参数示范如下：

$ xmake f -p linux [-a i386|x86_64]
$ xmake f -p linux --sdk=/user/toolsdk --cc=armv7-linux-clang --cxx=armv7-linux-clang++
$ xmake f -p linux --sdk=/user/toolsdk --ld=armv7-linux-clang++ --sh=armv7-linux-clang++ --ar=armv7-linux-ar
$ xmake f --cxx=clang++@/home/xxx/c++mips.exe
$ xmake f -p linux --sdk=/usr/toolsdk --includedirs=/usr/toolsdk/xxx/include --linkdirs=/usr/toolsdk/xxx/lib --links=pthread
$ xmake f -p linux --sdk=/usr/toolsdk --cflags="-DTEST -I/xxx/xxx" --ldflags="-lpthread"

$ xmake f -p wasm
$ xmake f -p mingw --sdk=/usr/local/i386-mingw32-4.3.0/ [-a i386|x86_64|arm|arm64]
$ xmake f -p mingw -m debug --debugger=gdb --sdk=C:\\mingw-w64\\x86_64-12.2.0-release-win32-seh-ucrt-rt_v10-rev2

$ xmake f --toolchain=llvm -m debug --debugger=gdb --sdk=c:\llvm
$ xmake -r --verbose
$ xmake run -d hello

当然，可以指定编译器全路径。

--cc    用于指定 c 编译器，
--cxx   用于指定 c++ 编译器
--ld    指定可执行程序链接器
--sh    指定共享库程序链接器
--ar    指定生成静态库的归档器。

注：如果存在 CC/CXX 环境变量的话，会优先使用当前环境变量中指定的值。注：如果存在 LD/SH/AR 环境变量的话，会优先使用当前环境变量中指定的值。

如果指定的编译器名不是那些 xmake 内置可识别的名字（带有gcc, clang等字样），那么编译器工具检测就会失败。这个时候就可以通过配置命令指定，如示例，在指定编译器为 c++mips.exe 的同时，告诉 xmake，它跟 clang++ 用法和参数选项基本相同。

如果 sdk 里面还有额外的其他 include/lib 目录不在标准的结构中，导致交叉编译找不到库和头文件，那么通过 --includedirs 和 --linkdirs 追加搜索路径，然后通过 --links 添加额外的链接库。

注：如果要指定多个搜索目录，使用 : 或者 ; 来分割，也就是不同主机平台的路径分隔符，linux/macos 和 Windows 两类系统分别使用 : 和 ;。

设置编译和链接选项 --cflags, --cxxflags，--ldflags，--shflags和--arflags额外配置一些编译和链接选项。

--cflags    指定 c 编译参数
--cxxflags  指定 c++ 编译参数
--cxflags   指定 c/c++ 编译参数
--asflags   指定汇编器编译参数
--ldflags   指定可执行程序链接参数
--shflags   指定动态库程序链接参数
--arflags   指定静态库的生成参数

Configuration
xmake 从入门到精通10：多个子工程目标的依赖配置
xmake 从入门到精通11：如何组织构建大型工程
xmake v2.2.2, 让C/C++拥有包依赖自动构建
Project target
Global Interfaces
Proejct examples
xmake\tests\projects\c++\modules\packages\xmake.lua

xmake 使用 .mpp 文件作为默认的 C++20 模块，也支持 .ixx, .cppm, .mxx 。虽然 xmake 文档说 C++20 Modules 已经完全支持 gcc11/clang/msvc 等编译器，并会对模块依赖进行分析以实现最大化的并行编译。

set_languages("c++20")
target("class")
    set_kind("binary")
    add_files("src/*.cpp", "src/*.mpp")

add_rules("mode.debug", "mode.release")

target("test")
    set_kind("binary")
    add_files("src/*.cpp")
    set_languages("c++20")
    set_policy("build.c++.modules", true)

使用 GCC 编译时，会用到 -fmodule-mapper，这是 CMI 文件映射服务，用于帮助编译器确实 CMI 文件与模块之间的影射关系，也用于按需求生成 CMI。映射功能处于起步阶段，旨在进行构建系统交互的实验。但是在 MinGW 平台上，会出现 error: failed reading mapper。 xmake-io/xmake#3185 https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/C_002b_002b-Module-Mapper.html

一个临时办法就是使用 os 对象直接调用 GCC 编译器，os shell 调用方法有两组：

os.exe() 或 os.exec() 打印命令输出内容；
os.run() 或 os.runv() 只打印命令输出报错信息；

add_rules("mode.debug", "mode.release")
set_languages("c++20")

target("modules-ixx")
    set_kind("binary")
    -- add_files("*.cpp", "*.ixx")
    add_files("*.cpp")
    add_linkdirs("$(buildir)")
    set_targetdir("$(buildir)")

    if (is_plat("mingw")) then
        add_cxxflags("-fmodules-ts")
        add_ldflags("$(buildir)/hello.o", {force = true})
        add_ldflags("$(buildir)/world.o", {force = true})
    else
        -- Unworking in MinGW GCC
        -- add_cxxflags("-fmodules-ts", { tools = "gcc" })
        -- add_cxxflags("-o modules-ixx", { tools = "gcc" })
        set_policy("build.c++.modules", true)
    end

    -- $env:Path = ";C:\mingw-w64\x86_64-12.2.0-release-win32-seh-ucrt-rt_v10-rev2\bin;"+$env:Path
    -- g++ -c -xc++ -std=c++20 -fmodules-ts modules_ixx/*.ixx
    -- g++ -c -xc++ -std=c++20 -fmodules-ts modules_ixx/hello.ixx
    -- g++ -c -xc++ -std=c++20 -fmodules-ts modules_ixx/world.ixx
    -- g++ -c -std=c++20 -fmodules-ts modules_ixx/app.cpp 
    -- g++ app.o hello.o world.o -o App

    before_build(function (target, opt)
        if (not is_plat("mingw")) then
            return
        end
        -- os.cd("$(buildir)")
        os.exec("g++ --version")
        local opts = {stdout = "build/here.log", stderr="build/herr.log"}
        local args = {"-c", "-xc++", "-std=c++20", "-fmodules-ts", "../modules_ixx/*.ixx"}
        local a, b, c = os.execv("g++", args)
        os.mv("*.o", "build/")
        print("==> before build:", target:name())
    end)

    after_build(function (target, opt)
        print("==>", "xmake run "..target._NAME)
        -- xmake\xmake\core\base\os.lua
        -- os.runv("xmake run ".. target._NAME)
        os.exec("xmake run ".. target:name())
    end)

虽然代码文档中显示可以使用以下 add_cxxflags() 可以将参数只绑定到指定的编译器上，但是 MinGW GCC 上并没有效果，另外，添加指定参数也不会覆盖默认参数设置。

还有，不能同时指定多个模块文件，因为 xmake 使用 -o 指定输出。也并无提供 remove flags api，倒是 target:remove_files 这样的方法提供了。

-- @see https://github.com/xmake-io/xmake/issues/3022
--
-- e.g.
-- for all: add_cxxflags("-g")
-- only for clang: add_cxxflags("clang::-stdlib=libc++")
-- only for clang and multiple flags: add_cxxflags("-stdlib=libc++", "-DFOO", {tools = "clang"})

私认为，一个持续了 7 年的项目不应该如此，尽管是个人在维护的项目，这可能与开发环境或测试只使用了 Linux 类系统有关。如果我要开发一个类似的项目，大概会叫做 compiler configuration wizard CCW “逆时针”构建工具。

xmake 的 taget 概念定义等价一个子工程，每个子工程对应只能生成一个唯一的目标文件：可执行程序、静态库或者动态库等。

目标通用配置：全局块配置
目标间的依赖设置：add_links("foo") 或者
级联依赖继承

配置移到 target 域的外面，也就是根作用域中去设置，这样对当前 xmake.lua 以及所有子 xmake.lua 中的 target 都会生效。

add_links("tbox")
add_linkdirs("lib")
add_includedirs("include")
add_defines("FOOBAR")
add_deps("dep1", "dep2", {inherit = false})

-- includes("subdirs")
includes("subdirs/xmake.lua")
includes("test/*/xmake.lua")
includes("test/**/xmake.lua")

target("test1")
    set_kind("binary")
    -- set_kind("static") static library
    -- set_kind("shared") dynamic library
    add_files("src/test1/*.c")
    add_includedirs("inc") -- 默认私有头文件目录不会被继承
    add_includedirs("inc1", {public = true}) -- 此处的头文件相关目录也会被继承
    
target("test2")
    set_kind("binary")
    add_files("src/test2/*.c")

以上这两 target 都需要链接 tbox 库，放置在外层根域设置，test1 和 test2 都能加上对应 links。那如果某个 target 依赖另外一个 tatget 生成的静态库，或者依赖彼此的配置内容，设置方法如下：

add_linkdirs 和 add_links 指定为对应 target 的输出目录，然后链接上。
add_deps 依赖指定 target 的配置，继承设置：linkdirs, links, includedirs 以及 defines
继承关系是支持级联的，target 默认自动导出设置，可以禁用默认的继承行为：{inherit = false}。

上述配置中，test1 和 test2 都会用到 lib 目录下的 tbox，并且需要获取到库的头文件路径，库路径和链接。test1 目标和另外两个库目标之间是有编译顺序依赖的，如果 test1 先编译就会提示链接库找不到。并且，现在有了依赖关系，xmake 在编译的时候，会自动处理这些 target 之间的编译顺序，保证不会出现链接的时候，依赖库还没有生成的问题。

通过 add_deps() 可以关联上指定的目标，并不要求有目录层级关系约束。使用 includes 来加载文件路径层级关系，所有跟路径相关的配置接口，比如 add_files, add_includedirs 等都是相对于当前子工程 xmake.lua 脚本所在的目录。所以只要添加的文件不跨模块，那么设置起来只需要考虑当前的相对路径就行了。

注意：includes 这个接口属于全局接口，不隶属于任何 target，所以请不要在 target 内部调用。支持模式匹配进行批量导入。

目前对于 target 的编译链接 flags 相关接口设置，都是支持继承属性的，可以人为控制是否需要导出给其他 target 来依赖继承，目前支持的属性有：

属性	描述
private	作为当前 target 的私有配置，不会被依赖的其他 target 所继承
public	当前 target 和子 target 都会被设置
interface	仅被依赖的子 target 所继承设置，当前 target 不参与

借鉴了 cmake，目前 xmake 只要跟 target 相关的所有编译链接设置接口，都是支持可见性导出的，例如：add_includedirs, add_defines, add_cflags 等等。

target("test")
    -- Add source files in the project source directory
    add_files("$(projectdir)/src/*.c")

    -- Add a header file search path under the build directory
    add_includedirs("$(buildir)/inc")

    on_run(function (target)
        -- Copy the header file in the current script directory to the output directory
        os.cp("$(scriptdir)/xxx.h", "$(buildir)/inc")
    end)

target("user_var")
    -- xmake f --var=val
    add_defines("-DTEST=$(var)")

工程示范，hello-xmake 工程依赖子项目：hello 和 world，前者是静态库，后者是动态库：

hello-xmake
│     xmake.lua
├─hello
│  │  xmake.lua
│  └─src
│          main.c
├─src
│      main.c
└─world
    │  xmake.lua
    └─src
            main.c

xmake f -p mingw -m debug --debugger=gdb --sdk=C:\\mingw-w64\\x86_64-12.2.0-release-win32-seh-ucrt-rt_v10-rev2
xmake f -p mingw -m debug --debugger=gdb --sdk=C:\\mingw
xmake -r
xmake run hello-xmake

xmake f --toolchain=llvm -m debug --debugger=gdb --sdk=c:\llvm
xmake -r
xmake run hello-xmake

为简化文件的输出路径，使用内置变量 $(projectdir) ，它表示项目全局根目录，或者以下两个方法：

set_objectdir Set output directories for object files
set_targetdir Set output directories for target files

-- base xmake.lua
add_rules("mode.debug", "mode.release")

includes("hello/xmake.lua")
includes("world/xmake.lua")

target("hello-xmake")
    set_kind("binary")
    add_files("src/*.c")
    add_links("hello")
    add_links("world")
    add_linkdirs("$(buildir)")

-- world xmake.lua
target("world") -- target("hello-xmake")
    set_kind("shared")
    add_files("src/*.c")
    set_targetdir("$(buildir)")

-- world xmake.lua
target("hello")
    set_kind("static")
    add_files("src/*.c")
    set_targetdir("$(buildir)")

动态库和静态库在不同平台下的几点差别： A.1 — Static and dynamic libraries [Dynamic linking best practices(https://begriffs.com/posts/2021-07-04-shared-libraries.html) LLVM Command Guide Building a Dynamic Library

static library 也称 archive，Linux 和 Windows 系统分别使用 .a 和 .lib 文件。
dynamic library 也称为 shared library，Linux 和 Windows 系统上分别为 .so 和 .dll 文件；
因为动态库需要在编译期向程序导入符号信息，又需要一个导入库 import library：
- Windows 的导入库使用一个小型静态库 (.lib)记录这些信息。
- Linux 系统上，动态库和导入库都是 .so 文件。

Windows 系统上编写 DLL，其导出符号有两种定义方式，DEF 文件导出和 _declspec 导出。动态库代码参考写法，这需要使用 clang++ 编译，如果使用 clang 将其作为 C 语言编译，可能不会生成 .lib 文件：

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
    
    __declspec(dllexport)
    const char* world()
    {
        return "world!\n";
    }
    
#ifdef __cplusplus
}
#endif

其中 extern "C" 是 C++ 中用来定义一个 external linkage，同时避免导出符号因 C++ 方式重载机制进行 Name mangling。Clang 编译器可能要求比 GCC 较严格，即没有导出标记，GCC 也能导出。但是，Clang 不能，有可能是 xmake 的问题，手动执行命令可以正常导出，但在 xmake.lua 脚本不行。

clang -c -Qunused-arguments -m64 -g -O0 -fexceptions -fcxx-exceptions -o world\src\main.c.obj world\src\main.c
llvm-ar cr build\world.lib world\src\main.c.obj

clang++ -o build\world.dll world\src\main.c -shared -m64 -g

链接需要这个导入库，可以使用 llvm-lib 工具生成导入库。这是一个 Library Manager (LIB.exe) 兼容的工具 https://msdn.microsoft.com/en-us/library/7ykb2k5f

使用 dumpbin 工具可以查看 dll 文件中导出的函数符号：

dumpbin.exe /exports .\build\world.dll

Rule 是和文件类型关联的一套规则，rule() 方法定义一套规则，在内部用 set_extensions 方法将此规则与指定文件类型关联。所有 add_files 添加到 Target 中的文件都会受到规则的影响。Xmake 内部定义了一系列规则，用户也可以创建自己的规则以实现特定的编译流程。但是，一旦使用 add_rules 将规则附加到 Target，其默认的编译流程就会受到影响，所以需要明显自定义规则意味什么。

xmake.lua 文件相当于一个 Project 对象，内部可以定义 Targets 或者 Rules，API 参考：

print("is_os windows:", is_os("windows"))
print("is_kind binary:",is_plat("binary"))
print("is_arch x64:",   is_arch("x86_64"))
print("is_mode debug:", is_mode("debug"))
print("is_plat mingw:", is_plat("mingw"))
print("is_config runtime or luajit:", is_config("runtime", "luajit"))
print("get_config debugger:", get_config("debugger"))

target:compiler("cxx") 获取文件类型对应的编译器对象，但却不能荻是什么编译器。
target:linker() 获取的链接程序也类似，只是不用传入参数。
target:platform() 获取平台对象，提供 name() 或 arch() 等信息。
target:toolchain() 平台与工具链关联，例如 :toolchain("llvm") 获取工具链，如果存在。
target:toolchains() Target 可以获取工具链集合。
target:tool(toolkind) 获取工具对象，对应 toolchain.tool() 方法。
target:has_tool(toolkind, ...) 判断是否存在指定语言的“工具们”。

这个 has_tool 方法就和上面的注解一样古怪，它需要指定一个语言类型，然后再指定编译工具。

Platform 是一个混乱的信息集合，不仅仅是关于操作系统、CPU 的信息，还会和编译器相关，如 mingw。工具链可以获取 name() 和 sdkdir() 信息，以及具体的工具类型信息 toolkind，如 cc、cxx、cpp、 ld、sh、ar、as 等等。参考 toolchain.tool(toolchains, toolkind, opt)

以下脚本，通过 before_build 逻辑的重写，克服了前面 Clang 不会生成 .lib 导入库的问题。

target("world")
    set_kind("shared")
    -- set_kind("binary")
    -- add_cxflags("-xc++")
    -- add_files("src/*.c")
    add_files("src/*.cpp")
    set_targetdir("$(buildir)")
    -- add_rules("cppfront")

    -- xmake\core\src\demo\xmake.lua:51
    -- copy target to the build directory
    after_build(function (target, opt)
        if not os.isfile(target:targetfile()) then
            print("=== Not a file ", target:targetfile())
            return
        end
        local extension = is_plat("windows", "llvm","mingw") and ".exe" or ""
        print("==> after build", target._NAME, target:targetfile(), extension)
        os.cp(target:targetfile(), "$(buildir)/"..target:targetfile().. extension)
    end)

    before_build(function (target, opt)
        local pt = target:platform()
        local tc = target:toolchain("llvm")
        print({
            platform = pt:name(), architecture = pt:arch(),
            toolchain = tc and tc:name(),
            sdkdir = tc and tc:sdkdir(),
            cpp = tc and tc:tool("cpp"),
            cxx = tc and tc:tool("cxx"),
            has_cc_lang = target:has_tool("cc", "clang"),
            has_cc_gcc = target:has_tool("cc", "gcc"),
        })
        if not target:has_tool("cc", "clang") then
            print("== Is not LLVM", plat)
            return
        end
        print("==> before_build", target._NAME, "$(platform)")
        os.exec("clang++ -o build\\world.dll ${scriptdir}\\src\\main.cpp -shared -m64 -g ")
        -- os.run("touch here")
    end)

Custom build rule
xmake-docs\manual\custom_rule.md
https://tboox.org/cn/2017/09/28/xmake-sourcecode-arch/
xmake\xmake\core\base\interpreter.lua@api_define
xmake\xmake\core\project\project.lua
xmake\xmake\core\project\target.lua@apis
xmake\xmake\core\project\rule.lua@apis
xmake\xmake\core\platform\platform.lua
xmake\xmake\core\tool\toolchain.lua
xmake\xmake\core\tool\compiler.lua
xmake\xmake\core\tool\linker.lua
xmake\xmake\actions\build\kinds\object.lua
xmake\xmake\actions\build\build.lua
xmake\xmake\rules\c++\modules\xmake.lua

当一般的配置设置不能满足需要时，可以使用 lua 脚本对自定义规则和 Target 进行深度定制，它们包含以下这些基本的事件流程，参考源代码中的定义，API 分为多种，其中脚本事件相关部分参考如下：

on_load -> after_load -> on_config -> before_build -> on_build -> after_build

Xmake 2.1.5 版本后，可以在第一个参数设置平台过滤，只有匹配的平台才会执行相应的脚本方法。

    -- rule.on_xxx                      -- target.on_xxx
    "rule.on_run"                       "target.on_run"
    ,   "rule.on_load"                  ,   "target.on_load"
    ,   "rule.on_config"                ,   "target.on_config"
    ,   "rule.on_link"                  ,   "target.on_link"
    ,   "rule.on_build"                 ,   "target.on_build"
    ,   "rule.on_build_file"            ,   "target.on_build_file"
    ,   "rule.on_build_files"           ,   "target.on_build_files"
    ,   "rule.on_clean"                 ,   "target.on_clean"
    ,   "rule.on_package"               ,   "target.on_package"
    ,   "rule.on_install"               ,   "target.on_install"
    ,   "rule.on_uninstall"             ,   "target.on_uninstall"
    ,   "rule.on_linkcmd"               -- target.before_xxx
    ,   "rule.on_buildcmd"              ,   "target.before_run"
    ,   "rule.on_buildcmd_file"         ,   "target.before_link"
    ,   "rule.on_buildcmd_files"        ,   "target.before_build"
    -- rule.before_xxx                  ,   "target.before_build_file"
    ,   "rule.before_run"               ,   "target.before_build_files"
    ,   "rule.before_load"              ,   "target.before_clean"
    ,   "rule.before_link"              ,   "target.before_package"
    ,   "rule.before_build"             ,   "target.before_install"
    ,   "rule.before_build_file"        ,   "target.before_uninstall"
    ,   "rule.before_build_files"       -- target.after_xxx
    ,   "rule.before_clean"             ,   "target.after_run"
    ,   "rule.before_package"           ,   "target.after_load"
    ,   "rule.before_install"           ,   "target.after_link"
    ,   "rule.before_uninstall"         ,   "target.after_build"
    ,   "rule.before_linkcmd"           ,   "target.after_build_file"
    ,   "rule.before_buildcmd"          ,   "target.after_build_files"
    ,   "rule.before_buildcmd_file"     ,   "target.after_clean"
    ,   "rule.before_buildcmd_files"    ,   "target.after_package"
    -- rule.after_xxx                   ,   "target.after_install"
    ,   "rule.after_run"                ,   "target.after_uninstall"
    ,   "rule.after_load"
    ,   "rule.after_link"
    ,   "rule.after_build"
    ,   "rule.after_build_file"
    ,   "rule.after_build_files"
    ,   "rule.after_clean"
    ,   "rule.after_package"
    ,   "rule.after_install"
    ,   "rule.after_uninstall"
    ,   "rule.after_linkcmd"
    ,   "rule.after_buildcmd"
    ,   "rule.after_buildcmd_file"
    ,   "rule.after_buildcmd_files"

命名规范参考手册说明 xmake-docs\manual\specification.md Target API 参考手册 xmake-docs\manual\target_instance.md 条件判断 xmake-docs\manual\conditions.md

Interfaces	Description	version
[is_os]	windows linux android macosx ios	>= 2.0.1
[is_arch]	x86_64 i386 armv7 arm64 armv7s ...	>= 2.0.1
[is_plat]	windows linux macosx android iphoneos watchos	>= 2.0.1
[is_host]	windows linux macosx	>= 2.1.4
[is_subhost]	msys cygwin	>= 2.1.4
[is_mode]	debug release profile ...	>= 2.0.1
[is_kind]	static shared binary	>= 2.0.1
[is_config]	Is the given config values?	>= 2.2.2
[has_config]	Is the given configs enabled?	>= 2.2.2
[has_package]	Is the given dependent package enabled?	>= 2.2.3

用户变量可以使用 xmake f --var=val 进行配置，脚本中直接可使用变量 "$(var)"，内建变量如下： xmake-docs\manual\builtin_variables.md

Interface	Description	Versions
$(os)	Get the OS of the current build platform	>= 2.0.1
$(host)	Get native OS	>= 2.0.1
$(tmpdir)	Get Temporary Directory	>= 2.0.1
$(curdir)	Get current directory	>= 2.0.1
$(buildir)	Get the build output directory	>= 2.0.1
$(scriptdir)	Get Project Description Script Directory	>= 2.1.1
$(globaldir)	Get Global Configuration Directory	>= 2.0.1
$(configdir)	Get Local Project Configuration Directory	>= 2.0.1
$(programdir)	xmake installation script directory	>= 2.1.5
$(projectdir)	Get the project root directory	>= 2.0.1
$(shell)	Execute external shell command	>= 2.0.1
$(env)	Get external environment variables	>= 2.1.5
$(reg)	Get the value of the Windows registry item	>= 2.1.5

内置模块及 OS 操作参考

xmake-docs\manual\builtin_modules.md
xmake\xmake\core\base\os.lua

命令行界面输出可以使用 dark 主题，输出内容彩色显示，可以设置为 plain 去掉控制台的颜色属性。

xmake g --theme=plain
xmake g --theme=emoji
xmake g --clean

各家编译器会使用不同的预定义符号，通过这些特殊符号可以区别代码当前处理什么编译环境之下：

CMake 构建工具生成的测试程序 CMakeCXXCompilerId.cpp 也会包含这些特殊宏定义，测试程序使用它们来对当前系统的编译环境进行检测，里面包含了各种系统的检测。

    #if defined (_MSC_VER)
    // code specific to Visual Studio compiler
    #endif

    #if defined(__GNUC__) && (__GNUC___ > 5 || (__GNUC__ == 5 && __GNUC_MINOR__ >= 1))
    // this is gcc 5.1 or greater
    #endif

    // clang
    // __clang_major__ __clang_minor__ __clang_patchlevel__

    // Checking for OS (platform)
    // 
    // Linux and Linux-derived           __linux__
    // Android                           __ANDROID__ (implies __linux__)
    // Linux (non-Android)               __linux__ && !__ANDROID__
    // Darwin (Mac OS X and iOS)         __APPLE__
    // Akaros (http://akaros.org)        __ros__
    // Windows                           _WIN32
    // Windows 64 bit                    _WIN64 (implies _WIN32)
    // NaCL                              __native_client__
    // AsmJS                             __asmjs__
    // Fuschia                           __Fuchsia__

    // Checking the compiler:
    // 
    // Visual Studio       _MSC_VER
    // gcc                 __GNUC__
    // clang               __clang__
    // emscripten          __EMSCRIPTEN__ (for asm.js and webassembly)
    // MinGW 32            __MINGW32__
    // MinGW-w64 32bit     __MINGW32__
    // MinGW-w64 64bit     __MINGW64__

Sublime 工程文件中配置构建工具可以很方便地调用 Clang/GCC/MSVC 编译 C++20 程序，配置参考如下。以下是 Windows 系统，Visual Studio 2019 社区版，MinGW-w64 GCC 12.2 以及 LLVM Clang 14，等三大编译器的 Sublime 构建配置参考。需要注意，Clang 中没有专门处理模块的依赖关系，所以这种情况下，编译可能不通过：

{
    "folders":
    [
        {"path": ".", },
    ],
    "settings":
    {
        "LSP": { "clangd": {"enabled": true, }, },
    },
    "build_systems":
    [
        {
            "name":"GCC & Clang",
            "env": {
                "PATH": "C:\\mingw-w64\\x86_64-12.2.0-release-win32-seh-msvcrt-rt_v10-rev2\\bin;%PATH%",
                "VS2019": "\"C:\\Program Files (x86)\\Microsoft Visual Studio\\2019\\Community\\Common7\\Tools\\VsDevCmd.bat\" -arch=x64 -host_arch=x64",
                "ccv": "C:\\mingw-w64\\x86_64-12.2.0-release-win32-seh-msvcrt-rt_v10-rev2\\bin\\g++.exe",
                "ccu": "C:\\mingw-w64\\x86_64-12.2.0-release-win32-seh-ucrt-rt_v10-rev2\\bin\\g++.exe",
                "fmtlib": "/3rd/fmtlib/include",
            },
            "shell_cmd": "\"%ccv%\" --help || \"%ccu\" --help",
            "file_regex": "^\\.?\\.?/?(.*?):([0-9]*):([0-9]*): (.+)",
            // "working_dir": "${project_path:${folder}}",
            "working_dir": "${file_path}",
            "selector": "source.c++, source.c",
            "encoding":"GBK",
            "quiet": true,
            "variants":[
                { "name":"Clean build", "shell_cmd": "del /q /s build\\*.*", },
                {
                    "name":"G++ (-std=c++20) Active File",
                    "shell_cmd":"mkdir build & cd build && %ccu% -g -x c++ -std=c++20 -I\"${project_path}%fmtlib%\" -fmodules-ts \"$file\" -o $file_base_name && ${file_base_name} && Echo done ",
                },
                {
                    "name":"G++ (-std=c++20) Active Modules (.cc .cxx)",
                    "shell_cmd":"mkdir build & cd build && %ccu% -g -x c++ -std=c++20 -I\"${project_path}%fmtlib%\" -fmodules-ts ../*.cpp ../*.ixx ../*.cc ../*.cxx -o $file_base_name && ${file_base_name} && Echo done ",
                },
                {
                    "name":"G++ (-std=c++20) Active Modules (.ixx)",
                    "shell_cmd":"mkdir build & cd build && %ccu% -g -x c++ -std=c++20 -I\"${project_path}%fmtlib%\" -fmodules-ts ../*.cpp ../*.ixx -o $file_base_name && ${file_base_name} && Echo done ",
                },
                {
                    "name":"Clang++ (-std=c++20) Active File",
                    "shell_cmd":"cmd /c \"%VS2019% && mkdir build & cd build && clang++ -I\"${project_path}%fmtlib%\" -g -std=c++20 \"$file\" -o $file_base_name.exe && ${file_base_name} && Echo done \" ",
                },
                {
                    "name":"Clang++ (-std=c++20) Active Modules (.cppm)",
                    "shell_cmd":"cmd /c \"%VS2019% && mkdir build & cd build && powershell /c \"clang++ -std=c++20 --precompile (dir ../*.cppm) ; echo ===== ; clang++ -g -std=c++20 -I\"${project_path}%fmtlib%\" -fprebuilt-module-path=\"$file_path/build\" (dir *.pcm) (dir ../*.cpp) -o $file_base_name.exe \" && ${file_base_name} && Echo done \" ",
                },
                {
                    "name":"Clang++ (-std=c++20) Active Modules (.ixx)",
                    "shell_cmd":"cmd /c \"%VS2019% && mkdir build & cd build && powershell /c \"clang++ -xc++-module -std=c++20 --precompile (dir ../*.ixx) ; echo ===== ; clang++ -g -std=c++20 -I\"${project_path}%fmtlib%\" -fprebuilt-module-path=\"$file_path/build\"  (dir *.pcm) (dir ../*.cpp) -o $file_base_name.exe \" && ${file_base_name} && Echo done \" ",
                },
            ],
        },
        {
            "name":"Xmake",
            "env": {
                "PATH": "C:\\mingw-w64\\x86_64-12.2.0-release-win32-seh-ucrt-rt_v10-rev2\\bin;%PATH%",
                "VS2019": "\"C:\\Program Files (x86)\\Microsoft Visual Studio\\2019\\Community\\Common7\\Tools\\VsDevCmd.bat\" -arch=x64 -host_arch=x64",
                "CCU": "C:\\mingw-w64\\x86_64-12.2.0-release-win32-seh-ucrt-rt_v10-rev2",
                "CLANG": "C:\\LLVM",
                "fmtlib": "/3rd/fmtlib/include",
                "plain": "xmake g --theme=plain",
                "emoji": "xmake g --theme=emoji",
            },
            "shell_cmd": "xmake --help",
            "file_regex": "^\\.?\\.?/?(.*?):([0-9]*):([0-9]*): (.+)",
            "working_dir": "${project_path:${folder}}",
            "selector": "source.lua",
            "encoding":"GBK",
            "quiet": true,
            "variants":[
                {   "name": "Theme: dark", "shell_cmd": "xmake g --theme=dark"},
                {   "name": "Theme: default", "shell_cmd": "xmake g --theme=default"},
                {   "name": "Theme: emoji", "shell_cmd": "xmake g --theme=emoji"},
                { 
                    "name":"Clean & set plain text", 
                    "shell_cmd": "del /q /s build\\*.* & del /q /s .xmake\\*.*", 
                },
                {
                    "name":"Use GCC",
                    "shell_cmd":"%plain% && xmake f -y -m debug -p mingw --sdk=%CCU% --debugger=gdb & xmake -b -v",
                },
                {
                    "name":"Use Clang",
                    "shell_cmd":"%plain% && xmake f -y -m debug --toolchain=llvm --sdk=%CLANG% --debugger=gdb & xmake -b -v",
                },
                {
                    "name":"Use MSVC",
                    "shell_cmd":"%plain% && xmake f -y -m debug -p windows --debugger=gdb & xmake -b -v ",
                },
            ],
        },
        {
            "name":"MSVC Compiler",
            "env": {
                "msvc19":"C:\\Program Files (x86)\\Microsoft Visual Studio\\2019\\Community\\Common7\\Tools\\VsDevCmd.bat",
                "msvc22":"C:\\Program Files\\Microsoft Visual Studio\\2022\\Community\\Common7\\Tools\\VsDevCmd.bat",
                "VCToolsInstallDir": "C:\\Program Files\\Microsoft Visual Studio\\2022\\Community\\VC\\Tools\\MSVC\\14.35.32215\\",
                "cc20":"cl /std:c++20 /EHsc /MTd",
                "ccla":"cl /std:c++latest /W4 /EHsc /MTd",
            },
            "shell_cmd": "cmd /c \"\"%msvc19%\" && \"%msvc22%\"\"",
            "file_regex": "^\\.?\\.?\\\\?(.*?)\\(([0-9]+)\\): (.*)",
            "working_dir": "${file_path}",
            "selector": "source.c++, source.c, source.ixx",
            "encoding":"GBK",
            "quiet": true,
            "variants":[
                { "name":"Visual Studio 2019", "shell_cmd": "cmd /c \"\"%msvc19%\" && cl /help\"", },
                { "name":"Visual Studio 2022", "shell_cmd": "cmd /c \"\"%msvc22%\" && cl /help\"", },
                {
                    "name":"MSVC v16.x (/std:c++20) ACTIVE FILE",
                    "shell_cmd": "cmd /c \"\"%msvc19%\" && mkdir build & cd build && %cc20% ${file} /link /OUT:${file_base_name}.exe\" && cd build && ${file_base_name} ",
                },
                {
                    "name":"MSVC v16.x (/std:c++latest) ACTIVE FILE",
                    "shell_cmd": "cmd /c \"\"%msvc19%\" && mkdir build & cd build && %ccla% ${file} /link /OUT:${file_base_name}.exe\" && cd build && ${file_base_name} ",
                },
                {
                    "name":"MSVC v16.x (/std:c++20)",
                    "shell_cmd": "cmd /c \"\"%msvc19%\" && mkdir build & cd build && %cc20% ..\\*.ixx ..\\*.cpp /link /OUT:${file_base_name}.exe\" && cd build && ${file_base_name} ",
                },
                {
                    "name":"MSVC v17.x (/std:c++20) ACTIVE FILE",
                    "shell_cmd": "cmd /c \"\"%msvc22%\" && mkdir build & cd build && %cc20% ${file} /link /OUT:${file_base_name}.exe\" && cd build && ${file_base_name} ",
                },
                {
                    "name":"MSVC v17.x (/std:c++latest) ACTIVE FILE",
                    "shell_cmd": "cmd /c \"\"%msvc22%\" && mkdir build & cd build && %ccla% ${file} /link /OUT:${file_base_name}.exe\" && cd build && ${file_base_name} ",
                },
                {
                    "name":"MSVC v17.x (/std:c++latest)",
                    "shell_cmd": "cmd /c \"\"%msvc22%\" && mkdir build & cd build && %ccla% ..\\*.ixx ..\\*.cpp /link /OUT:${file_base_name}.exe\" && cd build && ${file_base_name} ",
                },
                {
                    "name":"MSVC v17.x (build named module: std & std.compat)",
                    "shell_cmd": "cmd /c \"\"%msvc22%\" && mkdir build & cd build && %ccla% /c \"%VCToolsInstallDir%\\modules\\std.ixx\" \"%VCToolsInstallDir%\\modules\\std.compat.ixx\"\" && echo Done",
                },
            ],
        },
    ],
}

==⚡ MSVC & C++20

Visual Studio 2019 默认没有支持 C++20，也未完全支持模块。编写和使用自己的模块通常效果很好，但导入标准库标头就不能做到开箱即用。VS 2019 16.8 版本才开始支持 P1103R3 Modules。

首先，需要修改项目配置，启用 C++20 规范或草案，使用右键菜单设置项目属性：

C/C++ ➪ Language ➪ C++ Language Standard
- ISO C++20 Standard (/std:c++20)
- Preview - Features from the Latest C++ Working Draft (/std:c++latest)

为了实现标准库可以作为模块导入，需要做一点标头单元的处理工作，将需要引用的标准库统一放置在一个全局头文件中，比如 HeaderUnits.h，它包含所有标准库的导入：

    // HeaderUnits.h
    #pragma once
    import <iostream>;
    import <format>;
    import <vector>;
    import <optional>;
    import <utility>;
    // ...

Visual Studio 2019 项目的解决方案浏览器中，执行以下操作，通过右键设置 HeaderUnits.h 属性，在 Configuration Properties 面板中按以下步骤设置：

General ➪ Item Type ➪ C/C++ Compiler 设置好并应用设置；
C/C++ ➪ Advanced ➪
- Compile as C++ Header Unit (/exportHeader)
- Compile as C++ Module Internal Partition (/internalPartition)

经过以上设置，MSBuild 工程文件中会有相应更新：

  <ItemGroup>
    <ClCompile Include="../modules/HeaderUnits.h">
      <CompileAs Condition="'$(Configuration)|$(Platform)'=='Debug|Win32'">CompileAsHeaderUnit</CompileAs>
      <CompileAs Condition="'$(Configuration)|$(Platform)'=='Release|Win32'">CompileAsHeaderUnit</CompileAs>
    </ClCompile>
    <ClCompile Include="../modules/hello.cpp" />
  </ItemGroup>

如果没出现相应的 C++ Header Unit 高级主编译选项，那么就需要更新到最新版本。标头单元编译功能需要 Visual Studio 2019 version 16.10 以上版本支持，MSVC 编译器版本号为 19.29。

然后，重新编译项目，/exportHeader (Create header units) 选项会让编译器生成标头单元文件。编译器会为标头单元生成相应的 IFC (.ifc) 文件，这里生成的是 HeaderUnits.h.ifc。

标头单元header unit是头文件的二进制表示，MSVC 使用 .ifc 扩展名表示标头单元文件，以及编译好的命名模块 (.ixx, .cppm, .h, .hpp)。

如果使用模块实现分区，也称为内部分区 Internal Partition，可以设置 /internalPartition。

编译生成成标头单元文件后，使用 /headerUnit 来引用它，将标头单元文件与头文件关联起来：

/headerUnit header-filename=ifc-filename
/headerUnit:quote [header-filename=ifc-filename]
/headerUnit:angle [header-filename=ifc-filename]

/sourceDependencies-
/sourceDependencies filename
/sourceDependencies directory

后缀 quote 和 angle 分别表示查找已编译的标头单元文件的两种规则，分别是按 #include "file" 和 #include <file> 一样的规则查找。没有后缀则在当前目录下，或者按指定的 ifc 文件路径查找。

MSVC 提供多个标头单元编译方法：

Build a shared header unit project，使用一个静态库工程引用需要使用的标头单元，这种方法可以更精细控制导入库的标头单元。 https://learn.microsoft.com/en-us/cpp/build/walkthrough-import-stl-header-units?view=msvc-160
将单个头文件编译为标头单元，即上面介绍的操作方法，适用于少量头文件的处理。 https://learn.microsoft.com/en-us/cpp/build/walkthrough-header-units?view=msvc-160#approach1
Automatically scan for and build header units. 自动扫描头文件并编译标头单元，需要对项目源代码做描述。项目需要做如下配置：
- All Configurations → C/C++ → General
- → Scan Sources for Module Dependencies (YES)
- → Translate Includes to Imports (/translateInclude) https://learn.microsoft.com/en-us/cpp/build/walkthrough-header-units?view=msvc-160#approach2
VS 2019 16.11 版本支持使用 /std:c++20 直接将 include 的头文件编译为标头单元而无需改动源代码。

标头单元配置文件 header-units.json 有两个目的：

在指定 /translateInclude 编译选项时用来确定那些头文件需要转译成标头单元。
最小化复制符号以提高编译命令生成的吞吐量。

为了查看 Visual Studio 编译过程的细节信息，可以打开选项设置为诊断输出模式：

Tools ➪ Options... ➪ Projects and Solutions ➪ Build And Run ➪
- MSBuild project build output verbosity ➪ Diagnostic

或者使用 msbuild 命令进行构建，：

msbuild ..\msvc\demo.vcxproj -t:Rebuild -property:platform=x86

编译标头单元的 MSVC 命令行就如以下那样使用了非常复杂的、繁多的参数，但是构建一个标头单元配置文件需要使用 /sourceDependencies:directives 编译指令，此指令需要在标头单元文件 .ifc 文件生成之前使用。

然后，再使用一个名称类似的指令 /sourceDependencies，它会根据源代码级别依赖，将标准库头文件编译为标头单元，同时生成依赖信息文件，.ifc.d.json。

得到标头单元文件后，再使用 /headerUnit 指令将其与源头文件或标准库文件关联起来，最后与程序源代码编译生成可执行程序。

    # VCToolsInstallDir
    $VCDIR = "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\VC\Tools\MSVC\14.29.30133"
    $iostream = $VCDIR+"\include\iostream"
    $format = $VCDIR+"\include\format"

    # gen header-units.json
    CL.exe /nologo /c /std:c++20 /translateInclude /sourceDependencies:directives "Debug" /exportHeader ./HeaderUnits.h

    CL.exe /nologo /c /EHsc /MDd /std:c++20 /sourceDependencies:directives "Debug\iostream.module.json" /exportHeader "$iostream"

    CL.exe /nologo /c /EHsc /MDd /std:c++20 /sourceDependencies:directives "Debug\format.module.json" /exportHeader "$format"


    # gen header units ifc files
    CL.exe /nologo /c /EHsc /MDd /std:c++20 /ifcOutput "Debug\iostream.ifc" /sourceDependencies "Debug\iostream.ifc.d.json" /Fo"Debug\iostream.obj" /exportHeader "$iostream"

    CL.exe /nologo /c /EHsc /MDd /std:c++20 /ifcOutput "Debug\format.ifc" /sourceDependencies "Debug\format.ifc.d.json" /Fo"Debug\format.obj" /exportHeader "$format"

    CL.exe /nologo /c /headerUnit "$($VCDIR)\include\iostream=Debug\iostream.ifc" /headerUnit "$($VCDIR)\include\format=Debug\format.ifc" /EHsc /MDd /std:c++20 /ifcOutput "Debug\HeaderUnits.h.ifc" /Fo"Debug\HeaderUnits.h.obj" /sourceDependencies "Debug\HeaderUnits.h.ifc.d.json" /exportHeader  HeaderUnits.h

    # Compile app and Link
    CL.exe /nologo /headerUnit HeaderUnits.h=msvc\Debug\HeaderUnits.h.ifc /headerUnit "$($VCDIR)\include\iostream=Debug\iostream.ifc" /headerUnit "$($VCDIR)\include\format=Debug\format.ifc" /EHsc /MDd /std:c++20 ../modules/hello.cpp /Fo:"Debug\\"

    # Or
    CL.exe /nologo /c /headerUnit HeaderUnits.h=msvc\Debug\HeaderUnits.h.ifc /headerUnit "$($VCDIR)\include\iostream=Debug\iostream.ifc" /headerUnit "$($VCDIR)\include\format=Debug\format.ifc" /EHsc /MDd /std:c++20 ../modules/hello.cpp /Fo:"Debug\hello.obj"

    link.exe /nologo /ERRORREPORT:QUEUE /OUT:"Debug\demo.exe" kernel32.lib user32.lib gdi32.lib winspool.lib comdlg32.lib advapi32.lib shell32.lib ole32.lib oleaut32.lib uuid.lib odbc32.lib odbccp32.lib /SUBSYSTEM:CONSOLE Debug\hello.obj

很遗憾的是，按编译流程日志执行，最后链接时会出现 LNK2019 外部符号无定义的问题，即导入库失败：

std::char_traits<char> >::sentry::sentry()
std::char_traits<char> >::sentry::~sentry(void)
std::basic_ostream<char,struct std::char_traits<char> >::sentry::operator bool(void)
std::_Container_base12::_Orphan_all(void)
std::_Adjust_manually_vector_aligned()
std::vformat()
std::_Format_arg_index()
std::_Format_arg_index::_Type()

用户模块的编译和导入就没那么复杂了，因为不需要处理标准库的细节关联：

cl.exe /std:c++latest /EHsc /MD /experimental:module /c math1.ixx
cl.exe /std:c++latest /EHsc /MD /experimental:module /c math2.ixx
cl.exe /std:c++latest /EHsc /MD /experimental:module /c mod.ixx
cl.exe /std:c++latest /EHsc /MD /experimental:module app.cpp math1.obj math2.obj mod.obj

虽然，MSVC 也不像 Clang 那样要求模块文件名与模块名保持一致，但保持一致的名称直的是个好习惯。生成的 .ifc 会随模块名称命名，而不是模块的文件名：

    // Module mod.ixx
    export module mod;

    export import mod.math1;
    export import mod.math2;

    // Submodule mod.math1
    // math1.ixx
    export module mod.math1; 

    export int add(int fir, int sec) {
        return fir + sec;
    }

    // Submodule mod.math2
    // math2.ixx
    export module mod.math2;

    export {
        int mul(int fir, int sec) {
            return fir * sec;
        }
    }
     
    // app.cpp
    import std.core;
    import mod;

    int main() 
    {
        std::cout << std::endl;
        std::cout << "add(1, 2): " << add(1, 2) << std::endl;
        std::cout << "mul(3, 4): " << mul(3, 4) << std::endl;
    }

接口与实现分离式的模块如下，处理方式基本一致：

cl.exe /std:c++latest /EHsc /MD /experimental:module /c mod.ixx
cl.exe /std:c++latest /EHsc /MD /experimental:module /c mod.cpp
cl.exe /std:c++latest /EHsc /MD /experimental:module app.cpp mod.obj

    // interface unit mod.ixx
    module;
    export module mod;

    export namespace mod 
    {
        const char* helloworld();
    }

    // implementation unit mod.cpp
    module mod;

    namespace mod 
    {
        const char* helloworld()
        {
            return "Hello World!";
        }
    }

    // app.cpp
    #include <iostream>
    import mod;

    int main() {
        std::cout << mod::helloworld() << std::endl;
    }

对于模块分区，Module partitions，就需要在接口单元中导出分区 export import :partition;。而分区单元中，就需要 export module interface:partition 标记为上级模块的子分区。

cl.exe /std:c++latest /EHsc /MD /experimental:module /c ..\math1.ixx
cl.exe /std:c++latest /EHsc /MD /experimental:module /c ..\math2.ixx
cl.exe /std:c++latest /EHsc /MD /experimental:module /c ..\mod.ixx
cl.exe /std:c++latest /EHsc /MD /experimental:module mod.obj ..\app.cpp

    // Module mod.ixx
    export module mod;

    export import :math1;
    export import :math2;

    // math1.ixx partition mod:math1
    export module mod:math1;

    export int add(int fir, int sec) {
        return fir + sec;
    }

    // math2.ixx partition mod:math2
    export module mod:math2;

    export {
        int mul(int fir, int sec) {
            return fir * sec;
        }
    }

    // app.cpp
    import mod;
    #include <iostream>

    int main() 
    {
        std::cout << std::endl;
        std::cout << "add(1, 2): " << add(1, 2) << std::endl;
        std::cout << "mul(3, 4): " << mul(3, 4) << std::endl;
    }

C++23 标准库引入了两个命名模块 std 和 std.compat：

std 导出 C++ standard library 命令空间，包含 std::vector、std::sort 等等，同时也包含 C 语言的或等标准库，提供 std::printf() 等全局空间函数，此外，还支持 stdio.h 这样的头文件包含的 C 全局命名空间的函数；
std.compat 导出导出 std 中的所有内容，并添加 C 运行时的全局名称空间对应项，例如 :printf, ::fopen, ::size_t, ::strlen 等等。此模块引用 C 运行时全局名称空间中的函数、类型的代码库更加容易。

Visual Studio 2022 17.5 开始，可以通过 import std 或 std.compat 导入 C++23 标准库，命令参考如下，先编译命名模块等到标头单元文件，然后在程序代码中导入并使用标准库：

cl /std:c++latest /EHsc /nologo /W4 /MTd /c "$($env:VCToolsInstallDir)\modules\std.ixx" "$($env:VCToolsInstallDir)\modules\std.compat.ixx"
cl /std:c++latest /EHsc /nologo /W4 /MTd importExample.cpp std.obj

    // requires /std:c++latest (Visual Studio 2022 17.5)

    import std;
    import std.compat;

    int main()
    {
        std::cout << "Import the STL library for best performance\n";
        std::vector<int> v{5, 5, 5};
        for (const auto& e : v)
        {
            std::cout << e;
        }
    }

MSVC 编译工具参考说明，/EHsc 和 /MTd 这两个很重要，它们决定了会链接什么动态运行库：

Switch	Meaning
/std:c++latest	latest C++ language standard and library.
/std:c++20	C++20 language standard and library.
/EHsc	使用 C++ 异常处理，除了 extern "C" 标记以外。
/MTd	Use the static multithreaded debug run-time library.
/MDd	Use the dynamic multithreaded debug run-time library.
/c	Compile without linking.
/link	给 LINK.EXE 传递参数
/translateInclude	Translate Includes to Imports
/scanDependencies	List module dependencies in standard form
/sourceDependencies	List all source-level dependencies
/sourceDependencies:directives	List module and header unit dependencies

Module grammar 参考：

module-name:
    module-name-qualifier-seqopt identifier

module-name-qualifier-seq:
    identifier .
    module-name-qualifier-seq identifier .

module-partition:
    : module-name

module-declaration:
    exportopt module module-name module-partitionopt attribute-specifier-seqopt ;

module-import-declaration:
    exportopt import module-name attribute-specifier-seqopt ;
    exportopt import module-partition attribute-specifier-seqopt ;
    exportopt import header-name attribute-specifier-seqopt ;

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