理解C++中的標頭檔和源檔案的作用【轉】

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一、C++編譯模式
通常，在一個C++程式中，只包含兩類檔案——.cpp檔案和.h檔案。其中，.cpp檔案被稱作C++源檔案，裡面放的都是C++的原始碼；而.h檔案則被稱作C++標頭檔，裡面放的也是C++的原始碼。
C+ +語言支援“分別編譯”（separatecompilation）。也就是說，一個程式所有的內容，可以分成不同的部分分別放在不同的.cpp檔案裡。.cpp檔案裡的東西都是相對獨立的，在編譯（compile）時不需要與其他檔案互連，只需要在編譯成目標檔案後再與其他的目標檔案做一次連結（link）就行了。比如，在檔案a.cpp中定義了一個全域函數“void a(){}”，而在檔案b.cpp中需要調用這個函數。即使這樣，檔案a.cpp和檔案b.cpp並不需要相互知道對方的存在，而是可以分別地對它們進行編譯，編譯成目標檔案之後再連結，整個程式就可以運行了。
這是怎麼實現的呢？從寫程式的角度來講，很簡單。在檔案b.cpp中，在調用 “void a()”函數之前，先聲明一下這個函數“voida();”，就可以了。這是因為編譯器在編譯b.cpp的時候會產生一個符號表（symbol table），像“void a()”這樣的看不到定義的符號，就會被存放在這個表中。再進行連結的時候，編譯器就會在別的目標檔案中去尋找這個符號的定義。一旦找到了，程式也就可以順利地產生了。
注意這裡提到了兩個概念，一個是“定義”，一個是“聲明”。簡單地說，“定義”就是把一個符號完完整整地描述出來：它是變數還是函數，返回什麼類型，需要什麼參數等等。而“聲明”則只是聲明這個符號的存在，即告訴編譯器，這個符號是在其他檔案中定義的，我這裡先用著，你連結的時候再到別的地方去找找看它到底是什麼吧。定義的時候要按C++文法完整地定義一個符號（變數或者函數），而聲明的時候就只需要寫出這個符號的原型了。需要注意的是，一個符號，在整個程式中可以被聲明多次，但卻要且僅要被定義一次。試想，如果一個符號出現了兩種不同的定義，編譯器該聽誰的？
這種機制給C++程式員們帶來了很多好處，同時也引出了一種編寫程式的方法。考慮一下，如果有一個很常用的函數“void f() {}”，在整個程式中的許多.cpp檔案中都會被調用，那麼，我們就只需要在一個檔案中定義這個函數，而在其他的檔案中聲明這個函數就可以了。一個函數還好對付，聲明起來也就一句話。但是，如果函數多了，比如是一大堆的數學函數，有好幾百個，那怎麼辦？能保證每個程式員都可以完完全全地把所有函數的形式都準確地記下來並寫出來嗎？

二、什麼是標頭檔
很顯然，答案是不可能。但是有一個很簡單地辦法，可以協助程式員們省去記住那麼多函數原型的麻煩：我們可以把那幾百個函數的聲明語句全都先寫好，放在一個檔案裡，等到程式員需要它們的時候，就把這些東西全部copy進他的原始碼中。
這個方法固然可行，但還是太麻煩，而且還顯得很笨拙。於是，標頭檔便可以發揮它的作用了。所謂的標頭檔，其實它的內容跟.cpp檔案中的內容是一樣的，都是 C++的原始碼。但標頭檔不用被編譯。我們把所有的函式宣告全部放進一個標頭檔中，當某一個.cpp源檔案需要它們時，它們就可以通過一個宏命令“#include”包含進這個.cpp檔案中，從而把它們的內容合并到.cpp檔案中去。當.cpp檔案被編譯時間，這些被包含進去的.h檔案的作用便發揮了。
舉一個例子吧，假設所有的數學函數只有兩個：f1和f2，那麼我們把它們的定義放在math.cpp裡：
/* math.cpp */
double f1()
{
    //do something here....
    return;
}
double f2(double a)
{
    //do something here...
    return a * a;
}
/* end of math.cpp */
並把“這些”函數的聲明放在一個標頭檔math.h中：
/* math.h */
double f1();
double f2(double);
/* end of math.h */
在另一個檔案main.cpp中，我要調用這兩個函數，那麼就只需要把標頭檔包含進來：
/* main.cpp */
#include "math.h"
main()
{
    int number1 = f1();
    int number2 = f2(number1);
}
/* end of main.cpp */
這樣，便是一個完整的程式了。需要注意的是，.h檔案不用寫在編譯器的命令之後，但它必須要在編譯器找得到的地方（比如跟main.cpp在一個目錄下）main.cpp和math.cpp都可以分別通過編譯，產生main.o和math.o，然後再把這兩個目標檔案進行連結，程式就可以運行了。

三、#include
#include 是一個來自C語言的宏命令，它在編譯器進行編譯之前，即在先行編譯的時候就會起作用。#include的作用是把它後面所寫的那個檔案的內容，完完整整地、一字不改地包含到當前的檔案中來。值得一提的是，它本身是沒有其它任何作用與副功能的，它的作用就是把每一個它出現的地方，替換成它後面所寫的那個檔案的內容。簡單的文本替換，別無其他。因此，main.cpp檔案中的第一句（#include"math.h"），在編譯之前就會被替換成math.h檔案的內容。即在編譯過程將要開始的時候，main.cpp的內容已經發生了改變：
/* ~main.cpp */
double f1();
double f2(double);
main()
{
    int number1 = f1();
    int number2 = f2(number1);
}
/* end of ~main.cpp */
不多不少，剛剛好。同理可知，如果我們除了main.cpp以外，還有其他的很多.cpp檔案也用到了f1和f2函數的話，那麼它們也通通只需要在使用這兩個函數前寫上一句#include "math.h"就行了。

四、標頭檔中應該寫什麼
通過上面的討論，我們可以瞭解到，標頭檔的作用就是被其他的.cpp包含進去的。它們本身並不參與編譯，但實際上，它們的內容卻在多個.cpp檔案中得到了編譯。通過“定義只能有一次”的規則，我們很容易可以得出，標頭檔中應該只放變數和函數的聲明，而不能放它們的定義。因為一個標頭檔的內容實際上是會被引入到多個不同的.cpp檔案中的，並且它們都會被編譯。放聲明當然沒事，如果放了定義，那麼也就相當於在多個檔案中出現了對於一個符號（變數或函數）的定義，縱然這些定義都是相同的，但對於編譯器來說，這樣做不合法。
所以，應該記住的一點就是，.h標頭檔中，只能存在變數或者函數的聲明，而不要放定義。即，只能在標頭檔中寫形如：extern int a;和void f();的句子。這些才是聲明。如果寫上inta;或者void f() {}這樣的句子，那麼一旦這個標頭檔被兩個或兩個以上的.cpp檔案包含的話，編譯器會立馬報錯。（關於extern，前面有討論過，這裡不再討論定義跟聲明的區別了。）
但是，這個規則是有三個例外的。
一，標頭檔中可以寫const對象的定義。因為全域的const對象預設是沒有extern的聲明的，所以它只在當前檔案中有效。把這樣的對象寫進標頭檔中，即使它被包含到其他多個.cpp檔案中，這個對象也都只在包含它的那個檔案中有效，對其他檔案來說是不可見的，所以便不會導致多重定義。同時，因為這些.cpp檔案中的該對象都是從一個標頭檔中包含進去的，這樣也就保證了這些.cpp檔案中的這個const對象的值是相同的，可謂一舉兩得。同理，static對象的定義也可以放進標頭檔。
二，標頭檔中可以寫內嵌函式（inline）的定義。因為inline函數是需要編譯器在遇到它的地方根據它的定義把它內聯展開的，而並非是普通函數那樣可以先聲明再連結的（內嵌函式不會連結），所以編譯器就需要在編譯時間看到內嵌函式的完整定義才行。如果內嵌函式像普通函數一樣只能定義一次的話，這事兒就難辦了。因為在一個檔案中還好，我可以把內嵌函式的定義寫在最開始，這樣可以保證後面使用的時候都可以見到定義；但是，如果我在其他的檔案中還使用到了這個函數那怎麼辦呢？這幾乎沒什麼太好的解決辦法，因此C++規定，內嵌函式可以在程式中定義多次，只要內嵌函式在一個.cpp檔案中只出現一次，並且在所有的.cpp檔案中，這個內嵌函式的定義是一樣的，就能通過編譯。那麼顯然，把內嵌函式的定義放進一個標頭檔中是非常明智的做法。
三，標頭檔中可以寫類（class）的定義。因為在程式中建立一個類的對象時，編譯器只有在這個類的定義完全可見的情況下，才能知道這個類的對象應該如何布局，所以，關於類的定義的要求，跟內嵌函式是基本一樣的。所以把類的定義放進標頭檔，在使用到這個類的.cpp檔案中去包含這個標頭檔，是一個很好的做法。在這裡，值得一提的是，類的定義中包含著資料成員和函數成員。資料成員是要等到具體的對象被建立時才會被定義（分配空間），但函數成員卻是需要在一開始就被定義的，這也就是我們通常所說的類的實現。一般，我們的做法是，把類的定義放在標頭檔中，而把函數成員的實現代碼放在一個.cpp檔案中。這是可以的，也是很好的辦法。不過，還有另一種辦法。那就是直接把函數成員的實現代碼也寫進類定義裡面。在C++的類中，如果函數成員在類的定義體中被定義，那麼編譯器會視這個函數為內聯的。因此，把函數成員的定義寫進類定義體，一起放進標頭檔中，是合法的。注意一下，如果把函數成員的定義寫在類定義的標頭檔中，而沒有寫進類定義中，這是不合法的，因為這個函數成員此時就不是內聯的了。一旦標頭檔被兩個或兩個以上的.cpp檔案包含，這個函數成員就被重定義了。

五、標頭檔中的保護措施
考慮一下，如果標頭檔中只包含聲明語句的話，它被同一個.cpp檔案包含再多次都沒問題——因為聲明語句的出現是不受限制的。然而，上面討論到的標頭檔中的三個例外也是標頭檔很常用的一個用處。那麼，一旦一個標頭檔中出現了上面三個例外中的任何一個，它再被一個.cpp包含多次的話，問題就大了。因為這三個例外中的文法元素雖然“可以定義在多個源檔案中”，但是“在一個源檔案中只能出現一次”。設想一下，如果a.h中含有類A的定義，b.h中含有類B的定義，由於類B的定義依賴了類A，所以b.h中也#include了a.h。現在有一個源檔案，它同時用到了類A和類B，於是程式員在這個源檔案中既把a.h包含進來了，也把b.h包含進來了。這時，問題就來了：類A的定義在這個源檔案中出現了兩次！於是整個程式就不能通過編譯了。你也許會認為這是程式員的失誤——他應該知道b.h包含了a.h——但事實上他不應該知道。
使用"#define"配合條件編譯可以很好地解決這個問題。在一個標頭檔中，通過#define定義一個名字，並且通過條件編譯#ifndef...#endif使得編譯器可以根據這個名字是否被定義，再決定要不要繼續編譯該頭文中後續的內容。這個方法雖然簡單，但是寫標頭檔時一定記得寫進去。

 

 

 

 

C++標頭檔和源檔案的區別

一、源檔案如何根據#include來關聯標頭檔
　　1，系統內建的標頭檔用角括弧括起來，這樣編譯器會在系統檔案目錄下尋找。
　　2，使用者自訂的檔案用雙引號括起來，編譯器首先會在使用者目錄下尋找，然後在到C++安裝目錄（比如VC中可以指定和修改庫檔案尋找路徑，Unix和Linux中可以通過環境變數來設定）中尋找，最後在系統檔案中尋找。
　　#include “"xxx.h”（我一直以為””和<>沒什麼區別，但是tinyxml.h是非系統下的都檔案，所以要用””）
二、標頭檔如何來關聯源檔案
　　這個問題實際上是說，已知標頭檔“a.h”聲明了一系列函數，“b.cpp”中實現了這些函數，那麼如果我想在“c.cpp”中使用“a.h”中聲明的這些在“b.cpp”中實現的函數，通常都是在“c.cpp”中使用#include “a.h”,那麼c.cpp是怎樣找到b.cpp中的實現呢？
　　其實.cpp和.h檔案名稱沒有任何直接關係，很多編譯器都可以接受其他副檔名。比如偶現在看到偶們公司的原始碼，.cpp檔案由.cc檔案替代了。
　　在Turbo C中，採用命令列方式進行編譯，命令列參數為檔案的名稱，預設的是.cpp和.h，但是也可以自訂為.xxx等等。
　　譚浩強老師的《C程式設計》一書中提到，編譯器預先處理時，要對#include命令進行“檔案包含處理”：將file2.c的全部內容複寫到#include “file2.c”處。這也正說明了，為什麼很多編譯器並不care到底這個檔案的尾碼名是什麼----因為#include預先處理就是完成了一個“複製並插入代碼”的工作。
　　編譯的時候，並不會去找b.cpp檔案中的函數實現，只有在link的時候才進行這個工作。我們在b.cpp或c.cpp中用#include “a.h”實際上是引入相關聲明，使得編譯可以通過，程式並不關心實現是在哪裡，是怎麼實現的。源檔案編譯後成生了目標檔案（.o或.obj檔案），目標檔案中，這些函數和變數就視作一個個符號。在link的時候，需要在makefile裡面說明需要串連哪個.o或.obj檔案（在這裡是b.cpp產生的.o或.obj檔案），此時，連接器會去這個.o或.obj檔案中找在b.cpp中實現的函數，再把他們build到makefile中指定的那個可以執行檔案中。
　　在Unix下，甚至可以不在源檔案中包括標頭檔，只需要在makefile中指名即可（不過這樣大大降低了程式可讀性，是個不好的習慣哦^_^）。在VC中，一幫情況下不需要自己寫makefile，只需要將需要的檔案都包括在project中，VC會自動幫你把makefile寫好。
　　通常，C++編譯器會在每個.o或.obj檔案中都去找一下所需要的符號，而不是只在某個檔案中找或者說找到一個就不找了。因此，如果在幾個不同檔案中實現了同一個函數，或者定義了同一個全域變數，連結的時候就會提示“redefined”。

   　綜上所訴：
　　.h檔案中能包含：
　　類成員資料的聲明，但不能賦值
　　類待用資料成員的定義和賦值，但不建議，只是個聲明就好。
　　類的成員函數的聲明
　　非類成員函數的聲明
　　常數的定義：如：constint a=5;
　　靜態函數的定義
　　類的內嵌函式的定義
　　不能包含：
　　1． 所有非靜態變數（不是類的資料成員）的聲明
　　2。 預設命名空間聲明不要放在標頭檔，using namespace std;等應放在.cpp中，在.h檔案中使用std::string

 

 

原文連結：http://blog.csdn.net/yue34257667/article/details/45500811

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