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關于C++里的文件以及源文件相關簡述

作者:whl  發布日期:2018-12-26 08:57:00
  •   說到C++估計沒有人不知道的吧?這款編寫程序的編程語言的出現可以說為我們提供了很多的方便,很多我們在使用的程序都是用它編寫出來的。下面小編就給大家詳細介紹一下關于C++語言里的文件以及源文件的一些相關知識的介紹,想要學習更多的朋友不妨跟著小編一起繼續學習一番。

      C++中的頭文件和源文件詳解

      一、C++編譯模式

      通常,在一個C++程序中,只包含兩類文件——.cpp文件和.h文件。其中,.cpp文件被稱作C++源文件,里面放的都是C++的源代碼;而.h文件則被稱作C++頭文件,里面放的也是C++的源代碼。

      C+ +語言支持“分別編譯”(separate compilation)。也就是說,一個程序所有的內容,可以分成不同的部分分別放在不同的.cpp文件里。.cpp文件里的東西都是相對獨立的,在編 譯(compile)時不需要與其他文件互通,只需要在編譯成目標文件后再與其他的目標文件做一次鏈接(link)就行了。比如,在文件a.cpp中定義 了一個全局函數“void a() {}”,而在文件b.cpp中需要調用這個函數。即使這樣,文件a.cpp和文件b.cpp并不需要相互知道對方的存在,而是可以分別地對它們進行編譯, 編譯成目標文件之后再鏈接,整個程序就可以運行了。

      這是怎么實現的呢?從寫程序的角度來講,很簡單。在文件b.cpp中,在調用 “void a()”函數之前,先聲明一下這個函數“void a();”,就可以了。這是因為編譯器在編譯b.cpp的時候會生成一個符號表(symbol table),像“void a()”這樣的看不到定義的符號,就會被存放在這個表中。再進行鏈接的時候,編譯器就會在別的目標文件中去尋找這個符號的定義。一旦找到了,程序也就可以 順利地生成了。

      注意這里提到了兩個概念,一個是“定義”,一個是“聲明”。簡單地說,“定義”就是把一個符號完完整整地描述出來:它是變 量還是函數,返回什么類型,需要什么參數等等。而“聲明”則只是聲明這個符號的存在,即告訴編譯器,這個符號是在其他文件中定義的,我這里先用著,你鏈接 的時候再到別的地方去找找看它到底是什么吧。定義的時候要按C++語法完整地定義一個符號(變量或者函數),而聲明的時候就只需要寫出這個符號的原型了。 需要注意的是,一個符號,在整個程序中可以被聲明多次,但卻要且僅要被定義一次。試想,如果一個符號出現了兩種不同的定義,編譯器該聽誰的?

      這 種機制給C++程序員們帶來了很多好處,同時也引出了一種編寫程序的方法。考慮一下,如果有一個很常用的函數“void f() {}”,在整個程序中的許多.cpp文件中都會被調用,那么,我們就只需要在一個文件中定義這個函數,而在其他的文件中聲明這個函數就可以了。一個函數還 好對付,聲明起來也就一句話。但是,如果函數多了,比如是一大堆的數學函數,有好幾百個,那怎么辦?能保證每個程序員都可以完完全全地把所有函數的形式都 準確地記下來并寫出來嗎?

      二、什么是頭文件

      很顯然,答案是不可能。但是有一個很簡單地辦法,可以幫助程序員們省去記住那么多函數原型的麻煩:我們可以把那幾百個函數的聲明語句全都先寫好,放在一個文件里,等到程序員需要它們的時候,就把這些東西全部copy進他的源代碼中。

      這 個方法固然可行,但還是太麻煩,而且還顯得很笨拙。于是,頭文件便可以發揮它的作用了。所謂的頭文件,其實它的內容跟.cpp文件中的內容是一樣的,都是 C++的源代碼。但頭文件不用被編譯。我們把所有的函數聲明全部放進一個頭文件中,當某一個.cpp源文件需要它們時,它們就可以通過一個宏命令 “#include”包含進這個.cpp文件中,從而把它們的內容合并到.cpp文件中去。當.cpp文件被編譯時,這些被包含進去的.h文件的作用便發 揮了。

      舉一個例子吧,假設所有的數學函數只有兩個:f1和f2,那么我們把它們的定義放在math.cpp里:

    定義放在math.cpp

      并把“這些”函數的聲明放在一個頭文件math.h中:

    頭文件math.h

      在另一個文件main.cpp中,我要調用這兩個函數,那么就只需要把頭文件包含進來:

    頭文件包含進來

      這 樣,便是一個完整的程序了。需要注意的是,.h文件不用寫在編譯器的命令之后,但它必須要在編譯器找得到的地方(比如跟main.cpp在一個目錄下)。 main.cpp和math.cpp都可以分別通過編譯,生成main.o和math.o,然后再把這兩個目標文件進行鏈接,程序就可以運行了。

      三、#include

      #include 是一個來自C語言的宏命令,它在編譯器進行編譯之前,即在預編譯的時候就會起作用。#include的作用是把它后面所寫的那個文件的內容,完完整整地、 一字不改地包含到當前的文件中來。值得一提的是,它本身是沒有其它任何作用與副功能的,它的作用就是把每一個它出現的地方,替換成它后面所寫的那個文件的 內容。簡單的文本替換,別無其他。因此,main.cpp文件中的第一句(#include "math.h"),在編譯之前就會被替換成math.h文件的內容。即在編譯過程將要開始的時候,main.cpp的內容已經發生了改變:

    main.cpp的內容

      不多不少,剛剛好。同理可知,如果我們除了main.cpp以外,還有其他的很多.cpp文件也用到了f1和f2函數的話,那么它們也通通只需要在使用這兩個函數前寫上一句#include "math.h"就行了。

      四、頭文件中應該寫什么

      通 過上面的討論,我們可以了解到,頭文件的作用就是被其他的.cpp包含進去的。它們本身并不參與編譯,但實際上,它們的內容卻在多個.cpp文件中得到了 編譯。通過“定義只能有一次”的規則,我們很容易可以得出,頭文件中應該只放變量和函數的聲明,而不能放它們的定義。因為一個頭文件的內容實際上是會被引 入到多個不同的.cpp文件中的,并且它們都會被編譯。放聲明當然沒事,如果放了定義,那么也就相當于在多個文件中出現了對于一個符號(變量或函數)的定 義,縱然這些定義都是相同的,但對于編譯器來說,這樣做不合法。

      所以,應該記住的一點就是,.h頭文件中,只能存在變量或者函數的聲明, 而不要放定義。即,只能在頭文件中寫形如:extern int a;和void f();的句子。這些才是聲明。如果寫上int a;或者void f() {}這樣的句子,那么一旦這個頭文件被兩個或兩個以上的.cpp文件包含的話,編譯器會立馬報錯。(關于extern,前面有討論過,這里不再討論定義跟 聲明的區別了。)但是,這個規則是有三個例外的。

      一,頭文件中可以寫const對象的定義。因為全局的const對象默 認是沒有extern的聲明的,所以它只在當前文件中有效。把這樣的對象寫進頭文件中,即使它被包含到其他多個.cpp文件中,這個對象也都只在包含它的 那個文件中有效,對其他文件來說是不可見的,所以便不會導致多重定義。同時,因為這些.cpp文件中的該對象都是從一個頭文件中包含進去的,這樣也就保證 了這些.cpp文件中的這個const對象的值是相同的,可謂一舉兩得。同理,static對象的定義也可以放進頭文件。

      二,頭文件中可 以寫內聯函數(inline)的定義。因為inline函數是需要編譯器在遇到它的地方根據它的定義把它內聯展開的,而并非是普通函數那樣可以先聲明再鏈 接的(內聯函數不會鏈接),所以編譯器就需要在編譯時看到內聯函數的完整定義才行。如果內聯函數像普通函數一樣只能定義一次的話,這事兒就難辦了。因為在 一個文件中還好,我可以把內聯函數的定義寫在最開始,這樣可以保證后面使用的時候都可以見到定義;但是,如果我在其他的文件中還使用到了這個函數那怎么辦 呢?這幾乎沒什么太好的解決辦法,因此C++規定,內聯函數可以在程序中定義多次,只要內聯函數在一個.cpp文件中只出現一次,并且在所有的.cpp文 件中,這個內聯函數的定義是一樣的,就能通過編譯。那么顯然,把內聯函數的定義放進一個頭文件中是非常明智的做法。

      三,頭文件中可以寫類 (class)的定義。因為在程序中創建一個類的對象時,編譯器只有在這個類的定義完全可見的情況下,才能知道這個類的對象應該如何布局,所以,關于類的 定義的要求,跟內聯函數是基本一樣的。所以把類的定義放進頭文件,在使用到這個類的.cpp文件中去包含這個頭文件,是一個很好的做法。在這里,值得一提 的是,類的定義中包含著數據成員和函數成員。數據成員是要等到具體的對象被創建時才會被定義(分配空間),但函數成員卻是需要在一開始就被定義的,這也就 是我們通常所說的類的實現。一般,我們的做法是,把類的定義放在頭文件中,而把函數成員的實現代碼放在一個.cpp文件中。這是可以的,也是很好的辦法。 不過,還有另一種辦法。那就是直接把函數成員的實現代碼也寫進類定義里面。在C++的類中,如果函數成員在類的定義體中被定義,那么編譯器會視這個函數為 內聯的。因此,把函數成員的定義寫進類定義體,一起放進頭文件中,是合法的。注意一下,如果把函數成員的定義寫在類定義的頭文件中,而沒有寫進類定義中, 這是不合法的,因為這個函數成員此時就不是內聯的了。一旦頭文件被兩個或兩個以上的.cpp文件包含,這個函數成員就被重定義了。

      以上就是今天給大家分享的關于C++中的頭文件和源文件的相關內容介紹了,相信看了上面這些內容大家對于C++又了解了更多吧?如果大家還想了解更多關于C++的內容歡迎查看本站其他發文,小編這里就不一一給大家進行介紹了。

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