C++ 前置聲明的作用有哪些

這期內容當中小編將會給大家帶來有關C++ 前置聲明的作用有哪些，文章內容豐富且以專業的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

前置聲明是C/C++開發中比較常用的技巧，主要用在三種情形：

1. 變量/常量，例如extern int var1;;
2. 函數，例如void foo();，注意類的成員函數無法單獨做前置聲明；
3. 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

根據其用途，前置聲明的主要作用為：

1. 避免重復定義變量；
2. 避免引入函數定義/聲明文件，從而函數文件發生更改時不會重新編譯依賴文件；
3. 解決循環依賴問題。

前兩種用途好理解，第三種稍微復雜點，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。循環依賴一般是設計層面的問題，可通過接口、引入輔助類等手段化解。前置聲明也能解決，只是架構上稍微別扭。

不管A和B是否定義在同一個文件中，c++永遠無法解決如下形式的循環依賴（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，轉換成另一種形式。要點如下：

1. 至少將某類的變量類型轉換成指針，例如A中將B轉成B*；
2. 類A中對B使用前置聲明；
3. 類A的定義文件中移除對類B文件的包含（做了包含保護則可忽略）。
    

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）：

// file: A.hpp
//3. 移除對B的包含（使用了#pragma once或者#ifndef B_HPP等保護措施則無必要）

// 2. 前置聲明類B
class B;
class A {
 int id;
 // 1. 成員變量轉換成指針
 B* b;
};

// file: B.hpp
// 3. 移除對A的包含（有包含保護則非必要）

// 2. 前置聲明類A
class B {
 ...
 // 1. 成員變量轉換成指針
 A* a;
};

深入前置聲明

如果你有其他編程語言的經驗，會發現c++有點怪異：Java/C#/Python/PHP等語言可以輕松做到循環引用，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，調用成員變量或函數用.，對象在棧中分配；另一種是A* a，a是指針，調用成員變量或函數用->，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存大小，但以下形式我們不能確定類A和類B對象的大小：

class A {
  B b;
};
class B {
  A a;
};

對于這個簡單例子，你可以直觀認為A和B占用同樣的內存，例如1字節，但也可以是2字節，3字節等；根據內存對齊要求，一般是4字節，8字節等。無論哪種情況，編譯器無法確定其對象占用內存，便會報錯停止編譯。所以你應該知道為什么C++永遠不應該（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引用問題的呢？因為正常情況下，數據類型指針在同一機器的編譯器里占同樣的內存。指針一般是4或者8個字節，對應32和64位指針。用了指針，即使有循環引用，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）進行編譯，如果兩個文件互相包含且沒有#pragma once等包含保護措施，則會出現遞歸包含，編譯器報錯；
2. 如果兩個頭文件都有文件包含保護，編譯A時會把B包含進來，但因為B包含了A，A中的包含保護生效，導致B文件內的內容實際未引入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慣。
   

上述就是小編為大家分享的C++ 前置聲明的作用有哪些了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進行理解。如果想知道更多相關知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道。