一、多文件編程是什么

為了方便后期的維護(hù)，分散代碼應(yīng)遵循一個(gè)基本原則：實(shí)現(xiàn)相同功能的代碼應(yīng)存儲(chǔ)在一個(gè)文件中。

C++ 代碼文件根據(jù)后綴名的不同，大致可以分為如下幾類：

.h：頭文件
.hpp：頭文件，header plus plus 的縮寫(xiě)，混雜著 .h 的聲明 .cpp 的定義，OpenCV 采用
.cpp：源文件，windows
.cc：源文件，Unix/Linux

對(duì)于一些系統(tǒng)提供的庫(kù)，出于版權(quán)和保密考慮，大多是已經(jīng)編譯好的二進(jìn)制文件，可能僅包含 .h 文件。

// student.h
class Student{
    // ...
};
// student.cc
#include "sudent.h"
// Student 定義
// main.cc
#include "student.h"

int main(){
    // ...
}

二、如何防治頭文件被重復(fù)引入

1. 使用宏定義避免

#ifndef _NAME_H
#define _NAME_H

//頭文件內(nèi)容

#endif

_NAME_H 是宏的名稱。需要注意的是，這里設(shè)置的宏名必須是獨(dú)一無(wú)二的，不要和項(xiàng)目中其他宏的名稱相同。

// student.h
#ifndef _STUDENT_H
#define _STUDENT_H
class Student{
    // ...
};
#endif

2. 使用 #pragma once 避免

使用 #pragma one 指令，將其附加到指定文件的最開(kāi)頭位置，則該文件就只會(huì)被 #include 一次。

#ifndef 是通過(guò)定義獨(dú)一無(wú)二的宏來(lái)避免重復(fù)引入的，這意味著每次引入頭文件都要進(jìn)行識(shí)別，所以 效率不高。但考慮到 C 和 C++ 都支持宏定義，所以項(xiàng)目中使用 #ifndef 規(guī)避可能出現(xiàn)的“頭文件重復(fù)引入”問(wèn)題，不會(huì)影響項(xiàng)目的可移植性。

#pragma once 不涉及宏定義，當(dāng)編譯器遇到它時(shí)會(huì)立刻知道當(dāng)前文件只引入一次，所以效率很高。但值得一提的是，并不是每個(gè)版本的編譯器都能識(shí)別 #pragma once 指令，一些較老版本的編譯器就不支持該指令（執(zhí)行時(shí)會(huì)發(fā)出警告，但編譯會(huì)繼續(xù)進(jìn)行），即 #pragma once 指令的兼容性不是很好。

#pragma once 只能作用于某個(gè)具體的文件，而無(wú)法向 #ifndef 那樣僅作用于指定的一段代碼。

#pragma once
class Student{
    // ...
};

3. 使用 _Pragma 操作符

_Pragma 操作符可以看做是 #pragma 的增強(qiáng)版，不僅可以實(shí)現(xiàn) #pragma 所有的功能，還能和宏搭配使用。

這里僅介紹用 _Pragma 操作符避免頭文件重復(fù)引入。

當(dāng)處理頭文件重復(fù)引入問(wèn)題時(shí)，可以將如下語(yǔ)句添加到相應(yīng)文件的開(kāi)頭：

_Pragma("once")

_Pragma("once");
class Student{
    // ...
};

在某些場(chǎng)景中，考慮到編譯效率和可移植性，#pragma once 和 #ifndef 經(jīng)常被結(jié)合使用來(lái)避免頭文件被 重復(fù)引入。比如說(shuō)：

#pragma once
#ifndef _STUDENT_H
#define _STUDENT_H
class Student{
    // ...
};
#endif

當(dāng)編譯器可以識(shí)別 #pragma once 時(shí)，則整個(gè)文件僅被編譯一次；反之，即便編譯器不識(shí)別 #pragma once 指令，此時(shí)仍有 #ifndef 在發(fā)揮作用。

三、命名空間如何應(yīng)用在多文件編程中

當(dāng)進(jìn)行多文件編程時(shí)，命名空間常位于 .h 頭文件中。

// student_li.h
#ifndef _STUDENT_LI_H
#define _STUDENT_LI_H
namespace Li{
    class Student{
        // ...
    };
}
#endif
// student_li.cc
#include "student_li.h"
#include <iostream>
void Li::Student::display(){

}
// student_han.h
#ifndef _STUDENT_HAN_H
#define _STUDENT_HAN_H
namespace Han{
    class Student{
        // ...
    };
}
#endif
// student_han.cpp
#include "student_han.h"
#include <iostream>
void Han::Student::display(){}

注意，當(dāng)類的聲明位于指定的命名空間中時(shí)，如果要在類的外部實(shí)現(xiàn)其成員方法，需同時(shí)注明所在命名空間名 和類名（例如本項(xiàng)目中的 Li::Student::display() ）。

四、const常量如何在多文件編程中使用

用 const 修飾的變量必須在定義的同時(shí)進(jìn)行初始化操作（除非用 extern 修飾）

C++ 中 const 關(guān)鍵字的功能有 2 個(gè)，除了表明其修飾的變量為常量外，還將所修飾變量的可見(jiàn)范圍 限制為當(dāng)前文件。這意味著，除非 const 常量的定義和 main 主函數(shù)位于同一個(gè) .cpp 文件，否則該 const 常量只能在其所在的 .cpp 文件中使用。

那么，如何定義 const 常量，才能在其他文件中使用呢？

1. 將 const 常量定義在 .h 頭文件中

// demo.h
#ifndef _DEMO_H
#define _DEMO_H
const int num = 10;
#endif
// main.cc
#include <iostream>
#include "demo.h"
int main(){
    std::cout << num << std::endl;
    return 0;
}

2. 借助 extern 先聲明再定義 const 常量

借助 extern 關(guān)鍵字，const 常量的定義也可以遵循“聲明在 .h 文件，定義在 .cpp 文件”。

// demo.h
#ifndef _DEMO_H
#define _DEMO_H
extern const int num;   // 聲明 const 常量
#endif
// demo.cc
#include "demo.h"
const int num = 10;
// main.cpp
#include <iostream>
#include "demo.h"
int main(){
    std::cout << num << std::endl;
    return 0;
}

3. 借助 extern 直接定義 const 常量

C++ 編譯器在運(yùn)行項(xiàng)目時(shí)，會(huì)在預(yù)處理階段直接將 #include 引入的頭文件替換成該頭文件中的內(nèi)容（復(fù)制粘貼）,因此可以對(duì)上節(jié)代碼做修改：

// demo.cpp
extern const int num = 10;
// main.cpp
#include <iostream>
extern const int num;
int main(){
    std::cout << num << std::endl;
    return 0;
}

五、多文件項(xiàng)目如何用 g++ 命令執(zhí)行

在 Linux 平臺(tái)上，雖然也有很多可用的 C++ IDE，但執(zhí)行 C++ 程序更常采用的方式是使用 g++ 命令。

除此之外，Linux 平臺(tái)還經(jīng)常編寫(xiě) makefile 來(lái)運(yùn)行規(guī)模較大的 C++ 項(xiàng)目。

C++ 程序的執(zhí)行過(guò)程分為 4 步，依次是預(yù)處理、編譯、 匯編和鏈接。在執(zhí)行 C++ 項(xiàng)目時(shí)，頭文件是不需要經(jīng)歷以上這 4 個(gè)階段的，只有項(xiàng)目中的所有源文件才必須經(jīng)歷這 4 個(gè)階段。

假設(shè)有這個(gè)一個(gè) C++ 項(xiàng)目

// studetn.h
class Student{
    // ...
};
// student.cc
#include <iostream>
#include "student.h"
void Student::say(){
    std::cout << name << "的年齡是" << age << "，成績(jī)是" << score << std::endl;
}
// main.cc
#include "student.h"
int main(){
    Student *pStu = new Student;
    // ...
    delete pStu;
    return 0;
}

預(yù)處理階段，執(zhí)行如下命令：

[root@bogon ~]# g++ -E main.cc -o main.i
[root@bogon ~]# g++ -E student.cc -o student.i

• -E 選項(xiàng)用于限定 g++ 編譯器只進(jìn)行預(yù)處理而不進(jìn)行后續(xù)的 3 個(gè)階段；
• -o 選項(xiàng)用于指定生成文件的名稱。

編譯階段，進(jìn)一步生成響應(yīng)的匯編代碼文件：

[root@bogon ~]# g++ -S main.i -o main.s
[root@bogon ~]# g++ -S student.i -o student.s

• -S 選項(xiàng)用于限定 g++ 編譯器對(duì)指定文件進(jìn)行編譯，得到的匯編代碼文件通常以“.s”作為后綴名。

將匯編文件轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行的機(jī)器命令：

[root@bogon ~]# g++ -c main.s -o main.o
[root@bogon ~]# g++ -c student.s -o student.o

• 如果不用 -o 指定可執(zhí)行文件的名稱，默認(rèn)情況下會(huì)生成 a.out 可執(zhí)行文件。Linux 系統(tǒng)并不以文件的擴(kuò) 展名開(kāi)分區(qū)文件類型，所以 a.out 和 student.exe 都是可執(zhí)行文件，只是文件名稱有區(qū)別罷了。

最終執(zhí)行：

[root@bogon ~]# ./student.exe

從頭開(kāi)始直接生成可執(zhí)行文件：

[root@bogon ~]# g++ main.cpp student.cpp -o student.exe

六、多文件編程的底層原理

實(shí)際上，在編譯階段，編輯器會(huì)對(duì)源文件生成一個(gè)符號(hào)表，源文件中看不到的定義的符號(hào)就會(huì)存在這個(gè)表中。在鏈接階段，編譯器會(huì)在別的目標(biāo)文件中尋找這個(gè)符號(hào)的定義，如何沒(méi)有找到，會(huì)出現(xiàn)鏈接錯(cuò)誤。

定義，指的是就是將某個(gè)符號(hào)完整的描述清楚，它是變量還是函數(shù)，變量類型以及變量值是多少，函數(shù)的參數(shù)有哪些以及返回值是什么等等；而“聲明”的作用僅是告訴編譯器該符號(hào)的存在，至于該符號(hào)的具體的含義，只有等鏈接的時(shí)候才能知道。

C++ 中一個(gè)符號(hào)允許被聲明多次，但只能被定義一次。

基于聲明和定義的不同，才有了多文件編程的出現(xiàn)。

所謂的頭文件，其實(shí)它的內(nèi)容跟 .cpp 文件中的內(nèi)容是一樣的，都是 C++ 的源代碼，唯一的區(qū)別在于頭文件不 用被編譯。我們把所有的函數(shù)聲明全部放進(jìn)一個(gè)頭文件中，當(dāng)某一個(gè) .cpp 源文件需要時(shí)，可以通過(guò) #include 宏命令直接將頭文件中的所有內(nèi)容引入到 .cpp 文件中。這樣，當(dāng) .cpp 文件被編譯之前（也就是預(yù)處理階段），使用 #include 引入的 .h 文件就會(huì)替換成該文件中的所有聲明。

通常一個(gè)頭文件的內(nèi)容會(huì)被引入到多個(gè)不同的源文件中，并且都會(huì)被編譯，所以頭文件中一般只存放變量或者函數(shù)的聲明，不要放定義。但存在3種情況屬于定義范疇，但應(yīng)該放在 .h 文件種：

• 頭文件中定義 const 對(duì)象、static 對(duì)象頭文件中定義內(nèi)聯(lián)函數(shù)，編譯器必須在編譯時(shí)就找到內(nèi)聯(lián)函數(shù)的完成定義頭文件中可以定義類。
• 類的內(nèi)部通常包含成員變量和成員函數(shù)，成員變量是要等到具體的對(duì)象被創(chuàng)建時(shí)才會(huì)被定義（分配空間），但成員函數(shù)卻是需要在一開(kāi)始就被定義的，這也就是類的實(shí)現(xiàn)。
• 通常的做法是將類的定義放在頭文件中，而把成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼放在一個(gè) .cpp 文件中。也可以直接實(shí)現(xiàn)在類內(nèi)，作為內(nèi)聯(lián)函數(shù)。

到此這篇關(guān)于C++多文件編程的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++多文件編程內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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