詳解C++ 前置聲明
前置聲明是C/C++開發(fā)中比較常用的技巧,主要用在三種情形:
- 變量/常量,例如
extern int var1
;; - 函數(shù),例如
void foo();
,注意類的成員函數(shù)無法單獨(dú)做前置聲明; - 類,例如
class Foo;
,也可以前置聲明模板類:template class<typename T1, int SIZE>Foo;
。如果類包含在名字空間中,需在名字空間內(nèi)做前置聲明:namespace tlanyan {class Foo;};
,而不能這樣:class tlanyan::Foo;
。
前置聲明作用
根據(jù)其用途,前置聲明的主要作用為:
- 避免重復(fù)定義變量;
- 避免引入函數(shù)定義/聲明文件,從而函數(shù)文件發(fā)生更改時(shí)不會(huì)重新編譯依賴文件;
- 解決循環(huán)依賴問題。
前兩種用途好理解,第三種稍微復(fù)雜點(diǎn),但卻是前置聲明最重要的用途。其解決類A包含類B,同時(shí)類B包含類A的依賴問題。循環(huán)依賴一般是設(shè)計(jì)層面的問題,可通過接口、引入輔助類等手段化解。前置聲明也能解決,只是架構(gòu)上稍微別扭。
不管A和B是否定義在同一個(gè)文件中,c++永遠(yuǎn)無法解決如下形式的循環(huán)依賴(后文解釋原因):
// file: A.hpp #include "B.hpp" class A { int id; B b; }; // file: B.hpp #include "A.hpp" class B { ... A a; };
前置聲明解決該問題需要與指針配合,轉(zhuǎn)換成另一種形式。要點(diǎn)如下:
- 至少將某類的變量類型轉(zhuǎn)換成指針,例如A中將B轉(zhuǎn)成B*;
- 類A中對(duì)B使用前置聲明;
- 類A的定義文件中移除對(duì)類B文件的包含(做了包含保護(hù)則可忽略)。
使用前置聲明后,以下是一種可行的解決形式(兩個(gè)類均使用了前置聲明):
// file: A.hpp //3. 移除對(duì)B的包含(使用了#pragma once或者#ifndef B_HPP等保護(hù)措施則無必要) // 2. 前置聲明類B class B; class A { int id; // 1. 成員變量轉(zhuǎn)換成指針 B* b; }; // file: B.hpp // 3. 移除對(duì)A的包含(有包含保護(hù)則非必要) // 2. 前置聲明類A class B { ... // 1. 成員變量轉(zhuǎn)換成指針 A* a; };
深入前置聲明
如果你有其他編程語言的經(jīng)驗(yàn),會(huì)發(fā)現(xiàn)c++有點(diǎn)怪異:Java/C#/Python/PHP等語言可以輕松做到循環(huán)引用,無需使用類似的前置聲明技巧。這不禁讓人思考:C++為何必須要用前置聲明才能化解?
原因在于C++定義對(duì)象有兩種方式:一種是A a形式,a即對(duì)象,調(diào)用成員變量或函數(shù)用.,對(duì)象在棧中分配;另一種是A* a,a是指針,調(diào)用成員變量或函數(shù)用->,其指向地址存儲(chǔ)實(shí)際對(duì)象,對(duì)象在堆中分配。
分配對(duì)象需要知道具體的內(nèi)存大小,但以下形式我們不能確定類A和類B對(duì)象的大?。?/p>
class A { B b; }; class B { A a; };
對(duì)于這個(gè)簡(jiǎn)單例子,你可以直觀認(rèn)為A和B占用同樣的內(nèi)存,例如1字節(jié),但也可以是2字節(jié),3字節(jié)等;根據(jù)內(nèi)存對(duì)齊要求,一般是4字節(jié),8字節(jié)等。無論哪種情況,編譯器無法確定其對(duì)象占用內(nèi)存,便會(huì)報(bào)錯(cuò)停止編譯。所以你應(yīng)該知道為什么C++永遠(yuǎn)不應(yīng)該(不能)這樣做了吧?
那為何前置聲明加指針的組合能解決循環(huán)引用問題的呢?因?yàn)檎G闆r下,數(shù)據(jù)類型指針在同一機(jī)器的編譯器里占同樣的內(nèi)存。指針一般是4或者8個(gè)字節(jié),對(duì)應(yīng)32和64位指針。用了指針,即使有循環(huán)引用,類的大小也能輕易的確定下來。這也是Java/C#/Python/PHP等可以輕松循環(huán)引用的原因:這些語言中,對(duì)象變量其實(shí)都是指針,也意味著對(duì)象變量都是引用傳遞。
如果不移除文件的相互包含,能否省去前置聲明呢?答案是不能,原因如下:
- C++按照一個(gè)個(gè)編譯單元(translation unit)進(jìn)行編譯,如果兩個(gè)文件互相包含且沒有#pragma once等包含保護(hù)措施,則會(huì)出現(xiàn)遞歸包含,編譯器報(bào)錯(cuò);
- 如果兩個(gè)頭文件都有文件包含保護(hù),編譯A時(shí)會(huì)把B包含進(jìn)來,但因?yàn)锽包含了A,A中的包含保護(hù)生效,導(dǎo)致B文件內(nèi)的內(nèi)容實(shí)際未引入A,于是報(bào)B為未知符號(hào)的錯(cuò)誤。
總的來說,不管是否移除對(duì)方的頭文件,前置聲明都是必須的。實(shí)踐中為了避免文件變動(dòng)時(shí)重新編譯的耗費(fèi),移除不必要的頭文件是一個(gè)好習(xí)慣。
以上就是詳解C++ 前置聲明的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于C++ 前置聲明的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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