转载自 ider 的博客
在C++编程过程中,随着项目的越来越大,代码也会越来越多,并且难以管理和分析。于是,在C++中就要分出了头(.h)文件和实现(.cpp)文件,并且也有了Package的概念。
对于以C起步,C#作为“母语”的我刚开始跟着导师学习C++对这方面还是感到很模糊。虽然我可以以C的知识面对C++的语法规范,用C#的思想领悟C++中类的使用。但是C#中定义和实现是都在一个文件中(其实都是在类里面),而使用C的时候也只是编程的刚刚起步,所写的程序也只要一个文件就够了。因此对于C++的Package理解以及.h文件和.cpp文件的总是心存纠结。
幸好导师有详细的PPT让我了解,一次对于Package的认识就明白多了。简单讲,一个Package就是由同名的.h和.cpp文件组成。当然可以少其中任意一个文件:只有.h文件的Package可以是接口或模板(template)的定义;只有.cpp文件的Package可以是一个程序的入口。
当然更具体详细的讲解,欢迎下载导师的教学PPT-Package来了解更多。
不过我在这里想讲的还是关于.h文件和.cpp文件
知道Package只是相对比较宏观的理解:我们在项目中以Package为编辑对象来扩展和修正我们的程序。编写代码时具体到应该把什么放到.h文件,又该什么放在.cpp文件中,我又迷惑了。
虽然Google给了我很多的链接,但是大部分的解释都太笼统了:申明写在.h文件,定义实现写在.cpp文件。这个解释没有差错,但是真正下手起来,又会发现不知道该把代码往哪里打。
于是我又把这个问题抛给了导师,他很耐心地给我详详细细地表述了如何在C++中进行代码分离。很可惜,第一次我听下了,但是没有听太懂,而且本来对C++就了解不深,所以也没有深刻的印象。
经过几个项目的试炼和体验之后,我又拿出这个问题问导师,他又一次耐心地给我讲解了一遍(我发誓他绝对不是忘记了我曾经问过同样的问题),这次我把它记录了下来。
为了不再忘记,我将它们总结在这里。
概览
非模板类型(none-template) | 模板类型(template) | |
头文件(.h) |
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实现文件(.cpp) |
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(无) |
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*申明:declaration
*定义:definition
头文件
头文件的所有内容,都必须包含在
#ifndef {Filename}#define {Filename}
//{Content of head file}
#endif
这样才能保证头文件被多个其他文件引用(include)时,内部的数据不会被多次定义而造成错误
inline限定符
在头文件中,可以对函数用inline限定符来告知编译器,这段函数非常的简单,可以直接嵌入到调用定义之处。
当然inline的函数并不一定会被编译器作为inline来实现,如果函数过于复杂,编译器也会拒绝inline。
因此简单说来,代码最好短到只有3-5行的才作为inline。有循环,分支,递归的函数都不要用做inline。
对于在类定义内定义实现的函数,编译器自动当做有inline请求(也是不一定inline的)。因此在下边,我把带有inline限定符的函数成员和写在类定义体内的函数成员统称为“要inline的函数成员”
非模板类型
全局类型
就像前面笼统的话讲的:申明写在.h文件。
对于函数来讲,没有实现体的函数,就相当于是申明;而对于数据类型(包括基本类型和自定义类型)来说,其申明就需要用extern来修饰。
然后在.cpp文件里定义、实现或初始化这些全局函数和全局变量。
不过导师一直反复强调:不许使用全局函数和全局变量。用了之后造成的后果,目前就是交上去的作业项目会扣分。当然不能用自有不能用的理由以及解决方案,不过不在目前的讨论范围内。
自定义类型
对于自定义类型,包括类(class)和结构体(struct),它们的定义都是放在.h文件中。其成员的申明和定义就比较复杂了,不过看上边的表格,还是比较清晰的。
函数成员
函数成员无论是否带有static限定符,其申明都放在.h文件的类定义内部。
对于要inline的函数成员其定义放在.h文件;其他函数的实现都放在.cpp文件中。
数据成员
数据成员的申明与定义都是放在.h文件的类定义内部。对于数据类型,关键问题是其初始化要放在什么地方进行。
对于只含有static限定符的数据成员,它的初始化要放在.cpp文件中。因为它是所有类对象共有的,因此必须对它做合适的初始化。
对于只含有const限定符的数据成员,它的初始化只能在构造函数的初始化列表中完成。因为它是一经初始化就不能重新赋值,因此它也必须进行合适的初始化。
对于既含有static限定符,又含有const限定符的数据成员,它的初始化和定义同时进行。它也是必须进行合适的初始化
对于既没有static限定符,又没有const限定符的数据成员,它的值只针对本对象可以随意修改,因此我们并不在意它的初始化什么时候进行。
模板类型
C++中,模板是一把开发利器,它与C#,Java的泛型很相似,却又不尽相同。以前,我一直只觉得像泛型,模板这种东西我可能一辈子也不可能需要使用到。但是在导师的强制逼迫使用下,我才真正体会到模板的强大,也真正知道要如何去使用模板,更进一步是如何去设计模板。不过这不是三言两语可以讲完的,就不多说了。
对于模板,最重要的一点,就是在定义它的时候,编译器并不会对它进行编译,因为它没有一个实体可用。
只有模板被具体化(specialization)之后(用在特定的类型上),编译器才会根据具体的类型对模板进行编译。
所以才定义模板的时候,会发现编译器基本不会报错(我当时还很开心的:我写代码尽然会没有错误,一气呵成),也做不出智能提示。但是当它被具体用在一个类上之后,错误就会大片大片的出现,却往往无法准确定位。
因此设计模板就有设计模板的一套思路和方式,但是这跟本文的主题也有偏。
因为模板的这种特殊性,它并没有自己的准确定义,因此我们不能把它放在.cpp文件中,而要把他们全部放在.h文件中进行书写。这也是为了在模板具体化的时候,能够让编译器可以找到模板的所有定义在哪里,以便真正的定义方法。
至于模板类函数成员的定义放在哪里,导师的意见是放在类定义之外,因为这样当你看类的时候,一目了然地知道有那些方法和数据;我在用Visual Studio的时候查看到其标准库的实现,都是放在类内部的。
可能是我习惯了C#的风格,我比较喜欢把它们都写在类内部,也因为在开发过程中,所使用的编辑器都有一个强大的功能:代码折叠。
当然还有其他原因就是写在类外部,对于每一个函数成员的实现都需要把模板类型作为限定符写一遍,把类名限定符也要写一遍。
来让我们再看个简单明了的
这个问题在许多C++程序员看来会很搞笑,“这么简单的问题还用得着你废话!”。但是由于本人生性愚钝,学C++的时候,确实花了很久的时间都搞不明白,只是会写一个文件,但不会写一个工程。而用C++编写比较大型的项目时,文件的分割管理确实确实是非常必要的 。下面就非常简洁明了地谈谈头文件(.h)和源文件(.cpp)应该怎么写。
头文件(.h):
写类的声明(包括类里面的成员和方法的声明)、函数原型、#define常数等,但一般来说不写出具体的实现。
在写头文件时需要注意,在开头和结尾处必须按照如下样式加上预编译语句(如下):
#ifndef CIRCLE_H
#define CIRCLE_H
//你的代码写在这里
#endif
这样做是为了防止重复编译,不这样做就有可能出错。
至于CIRCLE_H这个名字实际上是无所谓的,你叫什么都行,只要符合规范都行。原则上来说,非常建议把它写成这种形式,因为比较容易和头文件的名字对应。
源文件(.cpp):
源文件主要写实现头文件中已经声明的那些函数的具体代码。需要注意的是,开头必须#include一下实现的头文件,以及要用到的头文件。那么当你需要用到自己写的头文件中的类时,只需要#include进来就行了。
下面举个最简单的例子来描述一下,咱就求个圆面积。
第1步,建立一个空工程(以在VS2003环境下为例)。
第2步,在头文件的文件夹里新建一个名为Circle.h的头文件,它的内容如下:
#ifndef CIRCLE_H
#define CIRCLE_H
class Circle
...{
private:
double r;//半径
public:
Circle();//构造函数
Circle(double R);//构造函数
double Area();//求面积函数
};
#endif
注意到开头结尾的预编译语句。在头文件里,并不写出函数的具体实现。
第3步,要给出Circle类的具体实现,因此,在源文件夹里新建一个Circle.cpp的文件,它的内容如下:
#include "Circle.h"
Circle::Circle()
...{
this->r=5.0;
}
Circle::Circle(double R)
...{
this->r=R;
}
double Circle:: Area()
...{
return 3.14*r*r;
}
需要注意的是:开头处包含了Circle.h,事实上,只要此cpp文件用到的文件,都要包含进来!这个文件的名字其实不一定要叫Circle.cpp,但非常建议cpp文件与头文件相对应。
最后,我们建一个main.cpp来测试我们写的Circle类,它的内容如下:
#include <iostream>
#include "Circle.h"
using namespace std;
int main()
...{
Circle c(3);
cout<<"Area="<<c.Area()<<endl;
return 1;
}
注意到开头时有#include "Circle.h"的声明,证明我们使用到了我们刚才写的Circle类。
至此,我们工程的结构为:
运行一下,输出结果为:
说明我们写的Circle类确实可以用了。
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