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  • C++中头文件相互包含与前置声明

    [转自http://www.cnblogs.com/MuyouSome/p/3388242.html]

    一、类嵌套的疑问

    C++头文件重复包含实在是一个令人头痛的问题,前一段时间在做一个简单的数据结构演示程序的时候,不只一次的遇到这种问题。假设我们有两个类A和B,分别定义在各自的有文件A.h和B.h中,但是在A中要用到B,B中也要用到A,但是这样的写法当然是错误的:

    class B;
    
    class A
    {
          public:
              B b;
    };
    
    class B
    {
          public:
              A a;
    };

    因为在A对象中要开辟一块属于B的空间,而B中又有A的空间,是一个逻辑错误,无法实现的。在这里我们只需要把其中的一个A类中的B类型成员改成指针形式就可以避免这个无限延伸的怪圈了。为什么要更改A而不是B?因为就算你在B中做了类似的动作,也仍然会编译错误,表面上这仅仅上一个先后顺序的问题。
          为什么会这样呢?因为C++编译器自上而下编译源文件的时候,对每一个数据的定义,总是需要知道定义的数据的类型的大小。在预先声明语句class B;之后,编译器已经知道B是一个类,但是其中的数据却是未知的,因此B类型的大小也不知道。这样就造成了编译失败,VC++6.0下会得到如下编译错误:
          error C2079: 'b' uses undefined class 'B'
    将A中的b更改为B指针类型之后,由于在特定的平台上,指针所占的空间是一定的(在Win32平台上是4字节),这样可以通过编译。

    二、不同头文件中的类的嵌套

          在实际编程中,不同的类一般是放在不同的相互独立的头文件中的,这样两个类在相互引用时又会有不一样的问题。重复编译是问题出现的根本原因。为了保证头文件仅被编译一次,在C++中常用的办法是使用条件编译命令。在头文件中我们常常会看到以下语句段:

    #if !defined XXX_H
    #define XXX_H
          //……
    #endif
    

     其中首句#if !defined也经常做#ifndef,作用相同。意思是如果没有定义过这个宏,那么就定义它,然后执行直到#endif的所有语句。如果下次在与要这段代码,由于已经定义了那个宏,因此重复的代码不会被再次执行。这实在是一个巧妙而高效的办法。在高版本的VC++上,还可以使用这个命令来代替以上的所有:
          #pragma once
    它的意思是,本文件内的代码只被使用一次。

          但是不要以为使用了这种机制就全部搞定了,比如在以下的代码中:

    //文件A.h中的代码
    #pragma once
    
    #include "B.h"
    
    class A
    {
          public:
              B* b;
    };
    
    //文件B.h中的代码
    #pragma once
    
    #include "A.h"
    
    class B
    {
          public:
              A* a;
    };

    这里两者都使用了指针成员,因此嵌套本身不会有什么问题,在主函数前面使用#include "A.h"之后,主要编译错误如下:
          error C2501: 'A' : missing storage-class or type specifiers
    仍然是类型不能找到的错误。其实这里仍然需要前置声明。分别添加前置声明之后,可以成功编译了。代码形式如下:

    //文件A.h中的代码
    #pragma once
    
    #include "B.h"
    
    class B;
    
    class A
    {
          public:
              B* b;
    };
    
    //文件B.h中的代码
    #pragma once
    
    #include "A.h"
    
    class B;
    
    class B
    {
          public:
              A* a;
    };

    这样至少可以说明,头文件包含代替不了前置声明。有的时候只能依靠前置声明来解决问题。我们还要思考一下,有了前置声明的时候头文件包含还是必要的吗?我们尝试去掉A.h和B.h中的#include行,发现没有出现新的错误。那么究竟什么时候需要前置声明,什么时候需要头文件包含呢?

    三、两点原则

          头文件包含其实是一想很烦琐的工作,不但我们看着累,编译器编译的时候也很累,再加上头文件中常常出现的宏定义。感觉各种宏定义的展开是非常耗时间的,远不如自定义函数来得速度。我仅就不同头文件、源文件间的句则结构问题提出两点原则,仅供参考:


      第一个原则应该是,如果可以不包含头文件,那就不要包含了。这时候前置声明可以解决问题。如果使用的仅仅是一个类的指针,没有使用这个类的具体对象(非指针),也没有访问到类的具体成员,那么前置声明就可以了。因为指针这一数据类型的大小是特定的,编译器可以获知。


      第二个原则应该是,尽量在CPP文件中包含头文件,而非在头文件中。假设类A的一个成员是是一个指向类B的指针,在类A的头文件中使用了类B的前置声明并便宜成功,那么在A的实现中我们需要访问B的具体成员,因此需要包含头文件,那么我们应该在类A的实现部分(CPP文件)包含类B的头文件而非声明部分(H文件)。

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