Question

我最近在课程中学习了C ++，并且我试图更深入地了解标头和类之间的伙伴关系。在每一个示例或教程中，我都查看了头文件，它们都使用带有构造函数的类文件，然后继续使用方法（如果包含）。但是，我想知道仅使用头文件来容纳一组相关函数是否很好，而不必每次使用它们时都需要使该类成为对象。

//main file
#include <iostream>
#include "Example.h"
#include "Example2.h"

int main()
{
    //Example 1
    Example a; //I have to create an object of the class first
    a.square(4); //Then I can call the function

    //Example 2
    square(4); //I can call the function without the need of a constructor

    std::cin.get();
}

在第一个示例中，我创建一个对象，然后调用该函数，我使用两个文件“ Example.h”和“ Example.cpp”

  //Example1 cpp
    #include <iostream>
    #include "Example.h"

void Example::square(int i)
{
    i *= i;
    std::cout << i << std::endl;
}
//Example1 header
class Example
{
public:
    void square(int i);
};

在example2中，我直接从下面的文件“ Example2.h”调用该函数

//Example2 header
void square(int i)
{
    i *= i;
    std::cout << i;
}

最终我想我要问的是，仅使用头文件来容纳一组相关功能而不创建相关类文件是否可行。如果答案是否定的，其背后的原因是什么。无论哪种方式，我都确定我已经看过了一些东西，但是一如既往，我感谢你们对此提供的任何见识！

Answer 1

C ++具有一个定义规则（ODR）。该规则指出，函数和对象仅应定义一次。这是问题所在：标头通常不只包含一次。因此，您的square(int)函数可能会定义两次。

ODR不是绝对规则。如果您将square声明为

//Example2 header
inline void square(int i)
// ^^^
{
    i *= i;
    std::cout << i;
}

然后，编译器将通知链接器可能存在多个定义。然后，这是您的工作，以确保所有inline的定义都相同，因此不要在其他地方重新定义square(int)。

模板和类定义是免税的；它们可以出现在标题中。

Answer 2

当然，只有标头就可以了（只要您已经考虑了前面提到的“一个定义规则”即可）。

您也可以编写没有任何头文件的C ++源代码。

严格来说，标头不过是归档的源代码片段，它可以#include d（即粘贴）到多个C ++源文件（即翻译单元）中。记住这个基本事实有时对我很有帮助。

我做了以下人为设计的反例：

main.cc：

#include <iostream>

// define float
float aFloat = 123.0;

// make it extern
extern float aFloat;

/* This should be include from a header
 * but instead I prevent the pre-processor usage
 * and simply do it by myself.
 */
extern void printADouble();

int main()
{
  std::cout << "printADouble(): ";
  printADouble();
  std::cout << "\n"
    "Surprised? :-)\n";
  return 0;
}

printADouble.cc：

/* This should be include from a header
 * but instead I prevent the pre-processor usage
 * and simply do it by myself.
 *
 * This is intentionally of wrong type
 * (to show how it can be done wrong).
 */

// use extern aFloat
extern double aFloat;

// make it extern
extern void printADouble();

void printADouble()
{
  std::cout << aFloat;
}

希望您注意到我宣布了

extern float aFloat中的{li> main.cc
extern double aFloat中的{li> printADouble.cc

那是一场灾难。

编译main.cc时出现问题？否。翻译单元在语法和语义上（对于编译器）是一致的。

编译printADouble.cc时出现问题？否。翻译单元在语法和语义上（对于编译器）是一致的。

将这些混乱链接在一起时出现问题吗？否。链接器可以解析所有需要的符号。

输出：

printADouble(): 5.55042e-315
Surprised? :-)

符合预期（假设您以及我都没有任何理智的认识）。

Live Demo on wandbox

printADouble()作为float变量（8字节）访问已定义的double变量（4字节）。这是未定义的行为，在多个级别上都出错。

因此，使用标头不支持，但可以启用C ++中的（某种）模块化编程。（直到我曾经不得不使用还没有预处理器的C编译器时，我才意识到差异。因此，以上概述的问题对我造成了很大的打击，但对我来说也确实很有启发。） / p>

恕我直言，头文件是对模块化编程的基本功能（即接口的明确定义以及接口和实现的分离，作为语言功能）的实用替代。这似乎也惹恼了其他人。看看A Few Words on C++ Modules，了解我的意思。

Answer 3

C ++是一种多范式编程语言，它可以是（至少）：

过程式（由条件和循环驱动）
功能（由递归和专业化驱动）
面向对象
声明式（提供编译时算法）

在this quora answer中查看更多详细信息。

面向对象的范例（类）只是可以利用C ++进行编程的众多范例之一。
您可以将它们混合使用，也可以只使用一种或几种，这取决于解决软件问题的最佳方法。

因此，回答您的问题：
是的，您可以在同一头文件中将一堆（最好是相互关联的）函数分组。这在“旧的” C编程语言或更严格的过程语言中更为常见。

这就是说，就像MSalters的回答一样，只是要意识到C ++一个定义规则（ODR）。如果放置函数（主体）的声明，而不仅仅是函数的定义（免除模板），请使用inline关键字。有关what "declaration" and "definition" are的说明，请参见此SO答案。

附加说明

要实施答案，并将其扩展到C ++中的其他编程范例，在最近几年中，有一种将整个库（函数和/或类）放在单个头文件中的趋势。
这可以在开源项目中普遍且公开地看到，只需转到github或gitlab和search for "header-only"：

Answer 4

通常的方式是，并且一直都是将代码放入.cpp文件（或您喜欢的任何扩展名）中，并在标头中声明。有时将代码放入标头中有一些好处，这可以使编译器进行更巧妙的内联。但是同时，由于每次编译器都必须处理所有代码，因此它可能会破坏您的编译时间。

最后，当所有代码都是标头时，具有循环对象关系（有时是理想的）通常很烦人。

某些例外情况是模板。许多新的“现代”库（例如boost）都大量使用模板，并且常常是“仅标头”。但是，仅应在处理模板时执行此操作，因为这是处理模板时的唯一方法。

编写仅标头代码的一些缺点如果四处搜寻，您会发现很多人都在尝试寻找一种方法来减少处理boost的编译时间。例如：How to reduce compilation times with Boost Asio，它看到包含增强的单个1K文件的14s编译。 14s似乎并没有“爆炸”，但肯定比典型的要长得多，并且累积起来很快。在处理大型项目时。仅标头的库确实以相当可衡量的方式影响编译时间。我们只是容忍它，因为升压非常有用。

此外，还有很多事情不能仅在标头中完成（即使boost具有某些线程，文件系统等某些部分都需要链接的库）。一个主要的例子是，您不能在仅标头的lib中拥有简单的全局对象（除非您诉诸于单例的可憎），否则会遇到多个定义错误。 注意： C ++ 17的内联变量将使该示例在将来可行。

更具体地讲，Boost是库，而不是用户级代码。因此它不会经常更改。在用户代码中，如果将所有内容放在标头中，则每个小的更改都将导致您不得不重新编译整个项目。这是巨大的时间浪费（对于不从编译到编译不变的库而言，情况并非如此）。当您在标头/源和更好之间进行拆分时，使用前向声明减少包含，可以在一整天的总和中节省重新编译的时间。

在C ++中使用没有伙伴Class / Cpp文件的Header文件是否可行

4 个答案: