当使用C++模块时，是否有必要将函数声明（.hpp文件）与其定义（.cpp文件）分开？

Question

我习惯于编写没有模块的代码，其中头文件包含函数声明，例如：

// foo.h 
class Foo
{
    void bar();
};

对应的 .cpp 文件包含如下定义：

// foo.cpp
#include "foo.h"

void Foo::bar()
{
    // ...
}

据我所知，这样做是为了减少编译时间和减少依赖性。当模块被使用时，这仍然适用吗？把类的定义放在一个文件中，就像Java和C#那样，速度会不会一样快？如果是这样，那么在使用模块时是否需要同时使用.hpp和.cpp文件呢？

- Phlox Midas

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你将如何引用一个函数？如果你 #include 了你的组合头文件和 .cpp 文件，你将会多次定义函数。 - Ant

我有同样的想法。我总是觉得在C++中分离声明和实现比它值得的麻烦多了。这主要是因为模板...这就是为什么许多现代通用C++库只有头文件。我认为模块是C++的一个巨大飞跃；终于将其与C遗产分开。 - rmccabe3701

Answer 1

就我所知，根据当前模块提案，唯一的原因是为了处理循环接口依赖关系。

如果程序由多个模块组成，并且没有将函数声明与定义分开，那么所有模块文件都将是模块接口（而不是模块实现）。如果要将它们与头文件和代码文件进行比较，可以将模块接口视为头文件（.hpp文件），将模块实现视为代码文件（.cpp文件）。

不幸的是，模块提案不允许循环模块接口依赖关系。由于您的程序现在完全由模块接口构成，因此您永远无法拥有任何方式互相依赖的两个模块（这可能会因未来的“声明所有权”声明而得到改进，但目前不支持此功能）。解决循环模块接口依赖的唯一方法是将声明和定义分开，并将循环导入放置在模块实现文件中，而不是循环模块接口依赖关系，允许循环模块实现依赖关系。

以下代码提供了一个无法在不分开声明和定义的情况下编译的示例：

Foo 模块文件

export module Foo;

import module Bar;

export namespace Test {
    class Foo {
    public:
        Bar createBar() {
            return Bar();
        }
    };
}

酒吧模块文件

export module Bar;

import module Foo;

export namespace Test {
    class Bar {
    public:
        Foo createFoo() {
            return Foo();
        }
    };
}

本文提供了一个例子，演示了如果有proclaimed ownership声明的话，如何解决这个问题。实质上，它归结为将声明和定义分开。

在一个完美的世界里，编译器应该能够处理这种情况，但是很遗憾，据我所知，目前提出的模块实现不支持这种情况。

- Qub1

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我从未认为循环依赖是一件好事，相反，我认为这是一个设计问题。在这个意义上，支持循环依赖真的是一个好主意吗？ - BitTickler

@BitTickler，我同意您的看法，循环依赖有时确实会暴露出设计问题，但并非总是如此，有时难以避免循环依赖。例如，考虑节点树的情况，每个节点都希望引用其父节点和子节点，这会创建一个循环引用。对于几乎所有的父 <-> 子关系，例如 Player 和 Item 类之间，Player 类引用它拥有的物品，而 Item 类引用其所有者，也是如此。 - Qub1

Answer 2

仍然有许多使用头文件的理由。

共享和理解对象api而不看到底层细节的便捷性足以使它们保留下来。它是对象的一个很好的 20 英尺视图，本质上是一个大纲。

如果你正在销售一个库，你会包括一个头文件，以及一个存档文件或共享库。这样你就可以保持信息的专有性，而不会危及你产品的知识产权，你的客户可以包括针对他们目标的二进制编译。

我认为没有头文件是不可能实现的。

- Ethan

Answer 3

这里有一个很好的讨论，解释了模块化的想法。

简而言之，你是正确的，头文件和实现文件之间的分离将不再需要。 #include指令将被import指令替换，在编译时，模块将提供所需的信息，否则这些信息会在包含的头文件中。

- Gert Wollny

Answer 4

这个习语的另一个用途是继承自C；即使对于没有依赖其他翻译单元的翻译单元，它也是一种方便的前向声明手段。

使用预编译头文件直到C++扩展了头文件的使用并因性能原因而必要后，才真正成为重要的事情（尽管有一些非常大的老派头文件，如windows.h）。

这个想法似乎是将更像C＃/Java机制引入其中。 C++机制在精神上非常类似Modula / ADA。 让机器为我们做更多的工作会很好。

- Kyle Huff