【C++】两个类的相互引用

柔情只为你懂 2023-01-01 13:53 92阅读 0赞

有时候在设计数据结构的时候，可能会遇到两个类需要相互引用的情形。比如类A有类型为B的成员，而类B又有类型为A的成员。

那么这种情形下，两个类的设计上需要注意什么呢？

**本文实例源码github地址**：[https://github.com/yngzMiao/yngzmiao-blogs/tree/master/2021Q1/20210103][https_github.com_yngzMiao_yngzmiao-blogs_tree_master_2021Q1_20210103]。

## 同一文件 ##

### 尝试方案 ###

将A和B的定义都放在一个文件中，例如：

#include <iostream>
    
    class A { 
      public:
        A() { 
          aa_ = 'A';
        }
        char aa_;
        B b_;
    };
    
    class B { 
      public:
        B() { 
          bb_ = 'B';
        }
        char bb_;
        A a_;
    };
    
    int main() { 
    
      return 0;
    }

编译这一段代码，编译出错：

yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ g++ main.cpp -o main --std=c++11
    main.cpp:9:5: error: ‘B’ does not name a type
         B b_;
         ^

编译的报错提示，B不是一个数据类型。可能你会想，会不会`前置声明`一下就可以了？即将代码修改为：

#include <iostream>
    
    class B;
    
    class A { 
      public:
        A() { 
          aa_ = 'A';
        }
        char aa_;
        B b_;
    };
    
    class B { 
      public:
        B() { 
          bb_ = 'B';
        }
        char bb_;
        A a_;
    };
    
    int main() { 
    
      return 0;
    }

编译这一段代码，编译仍然出错：

yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ g++ main.cpp -o main --std=c++11
    main.cpp:11:7: error: field ‘b_’ has incomplete type
         B b_;
           ^

编译时出现"**field has incomplete type**"，通常的错误原因为：**类或结构体的前向声明只能用来定义指针对象或引用，因为编译到这里时还没有发现定义，不知道该类或者结构的内部成员，没有办法具体的构造一个对象**，所以会报错。

解决办法：**将类成员改成指针就好了**。程序中使用incomplete type实现前置声明，有助与实现数据类型细节的隐藏。

按照这个办法来进行修改，将b\_的类型由B的对象修改成指向类型B的指针：

#include <iostream>
    
    class B;
    
    class A { 
      public:
        A() { 
          aa_ = 'A';
        }
        char aa_;
        B *b_;
    };
    
    class B { 
      public:
        B() { 
          bb_ = 'B';
        }
        char bb_;
        A a_;
    };
    
    int main() { 
      A tmp1;
      std::cout << tmp1.aa_ << " " << tmp1.b_->bb_ << std::endl;
      B tmp2;
      std::cout << tmp2.bb_ << " " << tmp2.a_.aa_ << std::endl;
    
      return 0;
    }

编译这一段代码，编译顺利，没有问题。运行这段代码：

yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ g++ main.cpp -o main --std=c++11
    yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ ./main 
    A H
    B A

又有问题了，tmp1.b\_->bb\_的打印结果为H。这个问题很容易检查出问题：在类A的定义中，定义了指向类型B的指针b\_，但是并没有对该指针分配内存空间，当然会有一些奇怪的值打印出来。可以修改为：

#include <iostream>
    
    class B;
    
    class A { 
      public:
        A() { 
          aa_ = 'A';
          b_ = new B();
        }
        char aa_;
        B *b_;
    };
    
    class B { 
      public:
        B() { 
          bb_ = 'B';
        }
        char bb_;
        A a_;
    };
    
    int main() { 
      A tmp1;
      std::cout << tmp1.aa_ << " " << tmp1.b_->bb_ << std::endl;
      B tmp2;
      std::cout << tmp2.bb_ << " " << tmp2.a_.aa_ << std::endl;
    
      return 0;
    }

编译又出现问题了：

yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ g++ main.cpp -o main --std=c++11
    main.cpp: In constructor ‘A::A()’:
    main.cpp:9:18: error: invalid use of incomplete type ‘class B’
           b_ = new B();
                      ^
    main.cpp:3:7: error: forward declaration of ‘class B’
     class B;
           ^

编译错误的原因还是incomplete type，即类型B的结构还不知道，怎么能new出来呢？

### 最终代码 ###

如果想要获得正确的代码，不能将new的操作放在构造函数中，放在其他地方手动创建即可：

#include <iostream>
    
    class B;
    
    class A { 
      public:
        A() { 
          aa_ = 'A';
        }
        char aa_;
        B *b_;
    };
    
    class B { 
      public:
        B() { 
          bb_ = 'B';
        }
        char bb_;
        A a_;
    };
    
    int main() { 
      A tmp1;
      tmp1.b_ = new B();
      std::cout << tmp1.aa_ << " " << tmp1.b_->bb_ << std::endl;
      B tmp2;
      std::cout << tmp2.bb_ << " " << tmp2.a_.aa_ << std::endl;
    
      return 0;
    }

编译并运行这段代码：

yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ g++ main.cpp -o main --std=c++11
    yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ ./main 
    A B
    B A

### 原因分析 ###

类A和类B相互引用比较麻烦的`根本原因`在于：**定义A的时候，A的里面有B，所以就需要去查看B的占空间大小，但是查看的时候又发现需要知道A的占空间大小，从而造成死循环**。

## 不同文件 ##

不同文件指的是：类型A定义在A.h文件，类型B定义在B.h文件，同时在main.cpp中创建A、B类型的对象进行输出。通过上文的一些经验，可能还需要create()函数来对B指针进行new操作。

由于不同文件的写法，坑比较多，接下来就直接给出正确的代码内容。

在A.h文件中，定义类A：

#ifndef A_H
    #define A_H
    
    class B;                // highlight 1
    
    class A { 
      public:
        A() { 
          aa_ = 'A';
        }
        void create();
        char aa_;
        B *b_;
    };
    
    #endif

在A.cpp文件中，定义类A方法的实现：

#include "B.h" // highlight 2
    
    void A::create() { 
     b_ = new B();
    }

在B.h文件中，定义类B：

#ifndef B_H
    #define B_H
    
    #include "A.h" // highlight 3
    
    class B { 
      public:
        B() { 
          bb_ = 'B';
        }
        char bb_;
        A a_;
    };
    
    #endif

最终在main.cpp文件中，使用类A和类B：

#include "B.h"
    #include <iostream>
    
    int main() { 
      A tmp1;
      tmp1.create();
      std::cout << tmp1.aa_ << " " << tmp1.b_->bb_ << std::endl;
      B tmp2;
      std::cout << tmp2.bb_ << " " << tmp2.a_.aa_ << std::endl;
    
      return 0;
    }

对这一段代码中的坑进行罗列：

1.  A.h中包含B.h且B.h中包含A.h，**头文件不能循环include**。需要在定义非指针类的那个.h文件include另一个；而定义指针类的那个.h文件需要使用**前置声明**；
2.  **create()函数不能在.h文件中进行定义，因为在该函数中需要进行new操作，而该操作需要又另一个类的完整定义，即需要include。由于第一点原因，只好在.cpp文件中进行方法的实现**。

## 总结 ##

两个类相互引用，**一个用对象、include；另一个用指针、前置声明、create手动new。手动new的过程不能在构造函数中进行，同时需要知道另一个类的完整定义（include）**。

注意：本文所举例的部分都**没有对new出来的空间进行delete操作，会引发内存泄漏**。这部分需要读者自行补充。

## 相关阅读 ##

*  [C++中两个类互相引用的解决方法][C]
 *  [程序编译是出现"field has incomplete type"问题的解决][field has incomplete type]

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[https_github.com_yngzMiao_yngzmiao-blogs_tree_master_2021Q1_20210103]: https://github.com/yngzMiao/yngzmiao-blogs/tree/master/2021Q1/20210103
[C]: https://blog.csdn.net/xiqingnian/article/details/41214539
[field has incomplete type]: https://blog.csdn.net/xiaozhu2hao/article/details/18659991
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95bmd6bWlhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221120/374d85151bf44dd0ad32de356cc680eb.png