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C++知識分享：前置聲明及其解析

2021-12-20 16:52 作者:C語言編程__Plus 0人讀過 | 我要投稿

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：

（1）避免重復(fù)定義變量；

（2）避免引入函數(shù)定義/聲明文件，從而函數(shù)文件發(fā)生更改時不會重新編譯依賴文件；

（3）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，但卻是前置聲明最重要的用途。其解決類A包含類B，同時類B包含類A的依賴問題。循環(huán)依賴一般是設(shè)計層面的問題，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）：

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B使用前置聲明；

類A的定義文件中移除對類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（兩個類均使用了前置聲明）：

深入前置聲明

如果你有其他編程語言的經(jīng)驗，會發(fā)現(xiàn)c++有點怪異：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++定義對象有兩種方式：一種是A a形式，a即對象，調(diào)用成員變量或函數(shù)用.，對象在棧中分配；另一種是A*?a，a是指針，調(diào)用成員變量或函數(shù)用->，其指向地址存儲實際對象，對象在堆中分配。

分配對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對象的大?。?/p>

對于這個簡單例子，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象占用內(nèi)存，便會報錯停止編譯。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？因為正常情況下，數(shù)據(jù)類型指針在同一機器的編譯器里占同樣的內(nèi)存。指針一般是4或者8個字節(jié)，對應(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，對象變量其實都是指針，也意味著對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：

1、C++按照一個個編譯單元（translation unit）進(jìn)行編譯，如果兩個文件互相包含且沒有#pragma?once等包含保護(hù)措施，則會出現(xiàn)遞歸包含，編譯器報錯；

2、如果兩個頭文件都有文件包含保護(hù)，編譯A時會把B包含進(jìn)來，但因為B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)容實際未引入A，于是報B為未知符號的錯誤。

總的來說，不管是否移除對方的頭文件，前置聲明都是必須的。實踐中為了避免文件變動時重新編譯的耗費，移除不必要的頭文件是一個好習(xí)慣。