C++ 关于声明,定义,类的定义,头文件作用,防止头文件在同一个编译单元重复引用,不具名空间

1.  编译单元,一个.cc,或.cpp作为一个编译单元.生成.obj

2.  普通数据类型的定义,声明,函数的定义声明(类函数是一样的)

  • extern int x; //变量是声明,并未实际分配地址,未产生实际目标代码

      void print(); // 函数声明,  未产生实际目标代码

      如int x; int x = 3 ; void print() {}; //均为定义产生了实际目标代码

  • 声明不产生实际的目标代码,它的作用是告诉编译器,OK,我在该编译单元后面,或者其它编译单元会有这个x变量,print函数的定义。否则编译器如果发现程序用到x,print,而前面没有声明会报错。如果有声明,而没有定义,那么链接的时候会报错未定义
  • 比较常见的是我在source.cc中调用print(),而head.h中声明print(),而source.cc 中include

       head.h从而就有了print的声明,可以通过编译,但是如果在所有编译单元中没有print函数的定义,那么链 

       接的时候source.o单元就会出错,因为它试图用print函数但是找不到print的定义。

        //head.h

       void pirnt();

       //source.cc

       void foo() {

            print();

       }

  • 由于声明不产生实际代码,所以可以有多个重复声明的存在。

       //source1.cc

       extern int x;

       //source2.cc

       extern int x;

      甚至同一个编译单元也可以有多各个重复声明

      //source1.cc

      extern int x;

      extern int x;

     而普通变量定义,函数定义是不允许的

3. 同一编译单元内部的重名符号在编译期就被阻止了,而不同编译单元之间的重名符号要到链接器才会被发

     现。 

     如果你在一个 source1.cc中

     //source1.cc

     int x;

     int x;

     出现两次 int x; int x;即两个x的定义,会编译报错,x重复定义。

     如果你的

     //source1.cc

     int x;

     //source2.cc

     int x;

     g++ –o test source1.cc source2.cc

     那么编译过程不会出错,在链接过程,由于目标代码中有两个全局域的x,会链接出错,x重定义。

     不同的编程人员可能会写不同的模块,那么很容易出现这种情况,如何避免呢,namespace可以避免重名。

     google 编程规范鼓励使用不具名空间

     //source1.cc

     namespace {

     int x;

     }

     //source2.cc

     namespace {

     int x;

     }

     OK,现在不会链接出错了因为两个x不重名了,当然对于这个简单的例子只在source1.cc中用不具名命名空间就可

     避免链接出差了。

  //注

     //source1.cc

     namespace {

     int x;

     }

    //source1.cc

    static int x;

   有什么区别呢,看上去效果一样,区别在于不具名空间的x仍然具有外链接,但是由于它是不具名的,所以别的单元没办法链接到,如果

   namespace haha{

   int x;

   }  

   则在别的单元可以用haha::x访问到它,static 则因为是内部链接特性,所以无法链接到。

记得以前一个同事问我为什么程序里使用了 anonymouse namespace ,想了想 就回答说其实就是保持局部性(这也是我的目的),然后就有人说为什么不用static,嗯 似乎这两个东西乍一看没什么区别,自己便Google了一下,发现有一个原因就是 anonymousenamespace 里的 member 都是有外部链接的,只不过永远都不能被外部link到!而 static 就明确为根本没有外部链接!此时就出现问题了,在模板里无类型的参数必须是有外部链接的才可以,否则编译无法通;比如:
template <void fn()>
class Foobar
{};

namespace
{
void abc()
{
wcout<<_T(”abc”)<<endl;
};
}
static void efg()
{
wcout<<_T(”efg”)<<endl;
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
Foobar<abc>xyz //! ;这一行可以通过
Foobar<efg>rst; //! 注意这一行编译不过
return 0;
}
也有人认为使用 anon namespace比较好,因为static的方式被C++98标准所批评,呵呵 总体来说 ,其实你完全可以用anony namespace代替static

4.  关于头文件。

     //head.h

     int x;

     //source1.cc

     #include “head.h”

     //source2.cc

     #include “head.h” 

     头文件不被编译,.cc中的引用 include “ head.h”其实就是在预编译的时候将head.h中的内容插入到.cc中。

     所以上面的例子如果

         g++ –o test source1.cc source2.cc, 同样会链时发现重复定义的全局变量x。

    因此变量定义,包括函数的定义不要写到头文件中,因为头文件很可能要被多个.cc引用

     那么如果我的head.h如下这么写呢,是否防止了x的链接时重定义出错呢?

     //head.h

     #ifndef _HEAD_H_

     #define _HEAD_H_

     int x;

     #endif

     //source1.cc

     #include “head.h”

     //source2.cc

     #include “head.h” 

        现在是否g++ –o test source1.cc source2.cc就没有问题了呢,答案是否定的。

      所有的头文件都是应该如上加#ifndef    #endif的,但它的作用是防止头文件在同一编译单元被重复引用

      就是说防止可能的

     //source1.cc

     #include “head.h”

     #include “head.h”

     这种情况,当然我们不会主动写成上面的形式但是,下面的情况很可能发送

     //source1.cc

     #include “head.h”

     #inlcude “a.h”

     //a.h

     #include “head.h”

     这样就在不经意见产生了同一编译单元的头文件重复引用,于是soruc1.cc 就出现了两个int x;定义。

     但是对于不同的编译单元source1.cc,source2.cc他们都是还会引用head.h的,即使#ifndef #endif的存在。

5. 关于类的声明和定义。

    class A;  //类的声明

    类的声明和普通变量声明一样,不产生目标代码,可以在同一,以及多个编译单元重复声明。

   class A {

   };  //类的定义

   类的定义就特殊一点了,可能会有疑问,为什么不能把int x;这样的变量定义放到.h中(见4)但是可以把  

   类的定义放在头文件中重复引用呢?同时类的函数非inline定义(写在类定义里面的函数是inline,除外)不能写在 

  头文件中呢。

  这是因为类的定义,只是告诉编译器,类的数据格式是如何的,实例话后对象该占多大空间。

 类的定义也不产生目标代码。因此它和普通变量的声明唯一的区别是不能在同一编译单元内出现多次。

  //source1.cc

   class A;

   class A;  //类重复声明,OK

   class A{

   };

   class A{

   };       

   class A{

       int x;

  };    //同一编译单元内,类重复定义,会编译时报错,因为编译器不知道在该编译单元,A a;的话要生产怎样的a.

         //如果class A{};定义在head.h ,而head.h 没有 

         //#ifndef  #endif 就很可能在同一编译单元出现类重复定义的编译错误情况。

 

但是在不同编译单元内,类可以重复定义,因为类的定义未产生实际代码。

  //source1.cc

  class A{

  }

  //source2.cc

  class A{

  }                      //不同编译单元,类重复定义,OK。所以类的定义可以写在头文件中

                                

      //source1.cc

      class A{

     

      }

      //source2.cc

      class A{

          int x;

      }                      //不同编译单元,OK

 

   6. 总结

      1.在头文件中写变量的声明,函数声明,类的定义,inline函数,不要出现变量定义,类的函数非inline定义,函数定

         义。

         即在头文件中不要出现可能产生目标代码的东东。

      2.为了防止在一个编译单元内部头文件重复引用,所有头文件都要加上#ifndef   #endif

       3.鼓励在.cc中使用不具名namespace,可以有效防止不同编译单元命名冲突。

      4.相关更专业详细的介绍可以看<<大规模C++程序设计>>的第一章,会有极其好的完整介绍。

       其中提到类的定义是具有内部链接特性的,即它不是声明不能在同一编译单元重复出现,但是它具有内部链接,(所谓内部链接指的是该名称对于所在编译单元是局部的,在链接时不会与其他编译单元中同样的名称产生命名冲突),所以类如果要在单个编译单元之外使用它必须被定义在一个头文件中

          对于声明和定义,书中给出的定义是:

         一个声明将一个名称引入程序,一个定义提供了一个实体(例如,类型,实例,函数)在一个程序中的唯一描述。

        5. 前面第一条说的不是很确切,按照<<大规模C++程序设计>>中的说法

            理论上头文件中可以放所有具有内部链接的东西,包括具有内部链接的定义。如

            static int x;

            static void print() {};

            但是不提倡这么做,因为每一个包含这个头文件的.cc就对应要开辟一个空间存储这个x,就是说不同编译单元都引入static int x;由于是内部链接,所以互不影响彼此。

           甚至你采用namespace也是如此,如

           在.h中

           namespace myspace {

                static int x;

           }

           不同.cc文件中都引入该头文件,在各自编译单元中调用的myspace::x也是不同的互不影响的!

            书中提到

            const int width = 3;  //见书的23页

            这样的const变量也要避免出现在头文件中,不过类似以前c语言中

            在头文件中

            #define width  3

            还是很常用的啊。难道也要在

            .h中

            extern const int width;

            .cc中

             const int width = 5;

             这样虽然可以,不过好麻烦啊,我倒觉得在.h中定义类似const int width =3 问题不大,难道编译器不会做些特殊的处理优化吗,也要每个单元分配一个单独空间?

             不过倒是也可以利用下面的方法在.h中声明一批const 变量。注意和普通static 变量不同,类的成员静态变量,静态函数是具有外部链接的。如果

static const  int  SUCCESS = 0; ,SUCCESS不是 const 仅仅是 static int,那么是不可以在类内初始化的(编译出错),需要在某个.cc文件中初始话,因为它是具有外部链接的。(在GOOGLE编程规范中,提到禁止使用类类型的全局变量,静态成员变量视为全局变量,也禁止使用类类型)

    class code   

    {

public:

    static const result_code SUCCESS = 0;//program ended successfully

    static const result_code INVALID_ADDRESS = 1;//wrong addres

    static const result_code READ_FAIL = 2;//cannot read

    static const result_code WRITE_FAIL = 3;//cannot write

    static const result_code UNKNOWN_ACTION = 4;//dunno...

    static const result_code NOT_FOUND = 5;//key not found in paragraph

    static const result_code NO_WRITE = 6;//no write since modification

    static const result_code SYNTAX_ERR = 7;//command syntax error

    static const result_code EMPTY_CLIP = 8;//the clipboard is empty

    };

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