C++中头文件相互包含的几点问题

今天药忘吃喽~ 2022-09-18 09:58 134阅读 0赞

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**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（以VC++6.0自动生成的头文件为例）：

\#if !defined(AFX\_STACK\_H\_\_1F725F28\_AF9E\_4BEB\_8560\_67813900AE6B\_\_INCLUDED\_)  
\#define AFX\_STACK\_H\_\_1F725F28\_AF9E\_4BEB\_8560\_67813900AE6B\_\_INCLUDED\_  
      //很多语句……  
\#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。