困惑于C++中头文件的实际用途

Question

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可能是重复内容:
为什么C++中要有头文件和cpp文件？

我对C++头文件的作用有些疑惑，存在两个相互冲突的原因：

在我看来，在头文件中具有私有变量违反了接口和实现的分离。直觉上，我认为将私有变量放在源文件中会更有意义，因为这个文件不会暴露给外部世界。

也许我只是误解了头文件的用途，1.上述理解是完全错误的吗？哪些方面是这样的？

- NoobOverflow

除了“友元”函数之外，我认为这只是编译器确定类大小的技术限制。 - Mysticial

@DaveSwersky 这个重复问题并没有回答楼主的第二个问题：“为什么C++类的私有变量要在头文件中声明？” - Mysticial

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@NoobOverflow，你的第一点说得对。第二个问题也很好。答案是，在大多数情况下，C++的编译模型很糟糕。 - R. Martinho Fernandes

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2所以代码使用类知道类的大小，因此它知道为在堆栈上创建的实例留下多少空间。 - Rup

只是说，在模块化（导入/导出）系统中，您需要在头文件（=源代码）中包含所有私有信息。 - apple apple

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4个回答

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C++将函数和类的声明与定义分开。通常，C++头文件包含类的声明。由于不允许部分声明，因此头文件需要包含完整的类声明，包括所有私有成员（变量和成员函数）。

如果您想要隐藏完整的实现细节，可以使用“pimpl习语”来实现此目的。pimpl idiom

- πάντα ῥεῖ

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头文件的目的是为了让编译器获取共享定义的信息，以便在编译单元(.cpp源文件)之间进行共享。这是一种机械性的操作，而不是一种哲学上的操作。

例如，私有成员变量需要被声明，因为它们定义了一个对象的大小，当编译器分配一个对象时，它需要知道大小。

- Mark Ransom

“在编译单元之间‘共享声明’的术语不是正确的术语吗？声明和定义的含义经常被混淆…” - πάντα ῥεῖ

@g-makulik，我使用“definitions”这个词的英语意义，而不是C++中的正式用法。并且在头文件中包含定义是完全可能的，例如对于模板来说几乎是必须的。 - Mark Ransom

为什么只使用私有成员变量？ - stdout

@zgulser，不仅限于私有成员变量，那只是一个例子。整个声明都是必需的。 - Mark Ransom

@MarkRansom 谢谢Mark。实际上，我很惊讶除了你之外没有人提到分配（但你提到了），因为我认为这是C++不得不将对象状态放在头文件中以便在堆栈上进行分配的主要原因。我猜那时候这是他们能想到的唯一方法。虽然Java把所有东西都放在一个单一的容器中，但它把它搞得更糟了。 - stdout

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在C/C++中，头文件的一个目的是允许多个翻译单元使用具有相同定义的类型，而不需要在多个文件中重复定义。类的定义的一部分是其私有成员。

- Eric Finn

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可以查看英文原文，
原文链接

- Mark B · Accepted Answer

C++头文件的主要功能是在C++中，没有像其他语言一样的模块导入或类似的东西。编译器了解其他文件中的类型、函数等唯一的方法是通过使用#include将代码粘贴到当前源文件中。

从理论上讲，您可以将所有源代码都放在头文件中，并只有一个源文件包含所有头文件。之所以通常不这样做，原因有两个。首先，编译时间会更长（某些项目中很重要），任何文件的更改都将导致整个项目重新编译。其次，将实现放入源文件中确实有助于将接口与实现分离，即使部分实现仍然在头文件中指定。

请注意，在头文件中的内联方法也存在向公共/客户端暴露实现细节的风险。

如果您真的希望完全将接口与实现分开（这确实具有优势），则使用pimpl惯用语是C++的一种方式。使用该惯用语，所有私有数据都被隐藏在源文件中，只提供一个抽象接口给公众使用。此外，使用非虚拟接口（NVI）模式可以进一步帮助隔离客户端不受接口更改的影响。