第20.5章：辩护者从不做的一件事：自己构建交叉编译器

1. 论证的形状

去搜 2004 年那封邮件 的反驳，你能找到几千条，而它们几乎都是同一个形状：C++ 是一门适合写内核的语言，看看 RAII 多优雅，顺便一提异常只是抛出来的时候才慢。唯一没人做的事是装一个交叉编译器。

而这正是整个问题所在，因为"C++ 适合内核"是一个关于独立工具链的论断，而提出它的人几乎总是在一个宿主工具链里敲键盘 —— 编译器是为他面前的机器构建的，默认搜索路径上是那台机器的头文件。他验证的是 C++ 能为他坐着的这台机器编译。而问题问的是一台没有操作系统的机器。

2. 把宿主编译器指向裸目标会发生什么

这是一台宿主 Clang，就是在这台桌面上构建 hello world 的同一个，现在要求它针对一块裸机 AArch64 板子。先问它去哪里找头文件：

$ clang++ --target=aarch64-none-elf -E -v -x c++ /dev/null
#include "..." search starts here:
#include <...> search starts here:
 /home/cqwrteur/softwares/llvm_native_with_gcc/lib/clang/24/include
End of search list.

只有一个条目，而且它是编译器自己的资源目录 —— 编译器自带的那些 C 头文件。完全没有 C++ 头文件路径，因为工具链里的 C++ 部分是一个库，而这次安装没有为 aarch64-none-elf 准备的库。于是：

#include <cstddef>
#include <array>
int x;

$ clang++ -std=c++26 --target=aarch64-none-elf -ffreestanding -c bare.cc -o /dev/null
bare.cc:1:10: fatal error: 'cstddef' file not found
    1 | #include <cstddef>
      |          ^~~~~~~~~
1 error generated.

独立清单上的第一个头文件，每个 C++ 程序都有的那一个，不存在。这就是 Linus 描述的情形：不是"C++ 慢"，而是"你描述的那个 C++ 并没有为你要描述的那台机器安装"。

对比同一个编译器的宿主构建：同一个文件毫无怨言地编译通过，因为搜索路径上是一套完整的 x86-64 Linux libc++。同一个编译器、同样的选项、同样的源码：一个产出目标文件，另一个找不到 cstddef。差别不在标准，而在装了什么。

3. 为什么 osdev 坚持要用交叉编译器

操作系统开发社区有一页专讲这件事，说得比任何 C++ 教程都好：Why do I need a Cross Compiler? 那三个理由值得用自己的话复述一遍，因为那就是 C++ 独立实现失败的理由：

1. 原生编译器是为它的宿主配置的。它有内建的 sysroot、内建的头文件路径和内建的链接目标。用选项把它指向另一个目标是一种大体能用的权宜之计，直到某一天它悄悄用了宿主的 stddef.h。
2. 宿主的特有行为会渗进来。宿主构建会打开加固默认值、栈保护支持，以及宿主 C 库对 errno 的假设，有时还有可变参数调用的宿主 ABI。于是你的内核依赖了一个它没有的运行时，而失败会在真机上表现为运行期崩溃。
3. 你分不清是自己的 bug 还是工具链的 bug。如果编译器从未为你的目标构建过，每次崩溃都是含糊的：这是我的调度器，还是宿主构建对 __builtin_memcpy 的理解？

交叉编译器是对这三个问题的答案：--target、一个只包含你目标头文件的 sysroot，以及为你的目标写的启动文件。这也是为什么"内核里能不能用 C++"这场争论在桌面上无法回答：手里有工具链的人才是掌握证据的人，而有意见的人不是。

4. 怎么判断你手上有没有

三条命令，零成本：

如果前两条返回的是宿主路径，那么在那套工具链上 -ffreestanding 就是一个你讲给编译器听的谎，而 20.1 展示了接下来会发生什么：宿主库用 #error "This header is not available in freestanding mode." 拒绝这个头文件。那个报错不是 bug。是那个库在告诉你：你在错的世界里。

5. 要点

本章的每一个论断都是可以验证的，但只能在一套为目标构建过的工具链上。这就是为什么本章里满是 nm -u 的输出而不是观点：一个目标文件的未定义符号是关于那个机制的事实，它们不会因为谁在争论而改变。一次遗留抛出需要十一个；一次赫布异常需要一个；一个使用调用者提供的堆的 fast_io 程序一个都不需要（20.13）。那些数字就是论证，而它们也是为什么结论不是"C++ 很糟"，而是"这三个特性必须去掉"。