在C++中随着程序越来越复杂,我们希望把程序的各个部分分别储存在不同的文件中。C++支持的分离式编译(separate compilation)允许我们把程序分割到几个文件中去,每个文件独立编译。

头文件以.h为后缀,主要包含类和函数的声明;实现文件以.cpp为后缀。可以这样理解,头文件中包含就是一些接口声明,而实现文件就是对这些接口进行定义。
例如:

文件:Num.h

class Num{
private:
int num;
public:
Num();
Num(int);
int getNum();
};

文件:Num.cpp

#include "Num.h"

Num::Num() : num(){}
Num::Num(int n) : num(n){}
int Num::getNum(){
return num;
}

文件:NumTest.cpp

#include <iostream>
#include "Num.h" using namespace std; int main(int argc,char **argv){
Num n();
cout << n.getNum() << endl;
return ;
}

然后使用如下命令进行编译:

g++ NumTest.cpp Num.cpp -o NumTest

注意:必须在任何使用Num类的地方添加上 #include "Num.h" ,上面的案例中 NumTest.cpp 和 Num.cpp 文件都使用到了Num类,应此都必须在文件顶部引入 Num.h 文件。

#ifndef

有时我们可能会多次包含同一个文件,在C++中出现重复声明是不允许的。在上面的案例中 Num.cpp 和 NumTest.cpp 文件都包含了Num.h文件,但Num.cpp和NumTest.cpp是分开编译的,所以不会出现重复定义。
为了演示该错误,我们重新定义一个文件。

文件:Foo.h

#include "Num.h"

class Foo{
public:
Num n;
};

注意:这里没有Foo.cpp文件,因为Foo.h头文件没有什么需要被实现的。

接下来进行测试

文件:NumFooTest.cpp

#include <iostream>
#include "Num.h"
#include "Foo.h" using namespace std; int main(int argc,char **argv){
Num n();
cout << n.getNum() << endl; Foo f;
cout << f.n.getNum() << endl;
return ;
}

当笔者试图使用 g++ NumFooTest.cpp Num.cpp -o NumFooTest 命令进行编译时,出现如下的错误信息:

In file included from Foo.h::,
from NumFooTest.cpp::
Num.h::: error: redefinition of ‘class Num’
In file included from NumFooTest.cpp:::
Num.h::: error: previous definition of ‘class Num’
main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp::: error: ‘class Foo’ has no member named ‘num’

从错误信息中可以看出错误原因是Num类重复定义了,为了解决这种问题可以使用#ifndef,#ifndef的功能可描述为如下:“如果宏语句未定义语句1则执行程序2,否则执行程序3”。
例如:

#ifndef NUM_H
#define NUM_H
<define class or whatever else>
#endif

当首次编译时 NUM_H 未被定义,所以 #ifndef NUM_H 条件为真,然后会执行 #define NUM_H 定义 NUM_H 并且执行我们定义的其他操作。若其后再次编译到该文件,由于 NUM_H 已经被定义了,所以 #ifndef NUM_H 条件为假,也就不会执行 #ifndef 到 #endif 间的任何代码。在知道了 #ifndef 的原理后,我们知道只需要将 #ifndef 语句应用到上面的 Num.h 文件,则会解决重复定义的问题。

文件:Num.h

#ifndef NUM_H
#define NUM_H
class Num{
private:
int num;
public:
Num();
Num(int);
int getNum();
};
#endif

#pragma once

除了是使用#ifndef语句避免重复定义,还可以将#pragma once添加到文件的开头,也可以完成同样的功能。Visual Studio默认使用的就是#pragma once。

文件:Num.h

#pragma once
class Num{
private:
int num;
public:
Num();
Num(int);
int getNum();
};

分离编译

完成分离式编译的步骤:
1.将.cpp文件编译为对象文件,该对象文件包含.cpp文件的机器码。
2.将对象文件链接到可执行文件。

将.cpp编译为对象文件,可以使用g++加上命令行选项 -c

g++ -c NumFooTest.cpp Num.cpp

这行命令会产生 NumFooTest.o 和 Num.o 对象文件。

然后将它们链接为可执行文件,我们再次使用g++命令:

g++ NumFooTest.o Num.o -o NumFooTest

这样就会产生可以执行文件NumFooTest。

如果改变了NumFooTest.cpp文件,我们只需要重新编译NumFooTest.cpp文件就行了

g++ -c NumFooTest.cpp

得到NumFooTest.o对象文件。

然后链接为可执行文件:

g++ NumFooTest.o Num.o -o NumFooTest

只编译变动过的文件可以为我们节约编译时间,大多数的IDE会自动帮助我们完成这一部分功能。

make命令

在一个很大的项目中很难去手动编译很多文件。如果你使用IDE的话,这些命令可以由IDE代劳。但如果未使用IDE的话,那么必须手动去完成。在大型项目中,使用 g++ 手动链接成百的文件,这是不可能的。
这时可以使用make命令,首先创建一个文件Makefile,然后在其中添加我们编译需要依赖的信息。

文件:Makefile

CFLAGS = -O
CC = g++
NumTest: NumTest.o Num.o
$(CC) $(CFLAGS) -o NumTest NumTest.o Num.o
NumTest.o: NumTest.cpp
$(CC) $(CFLAGS) -c NumTest.cpp
Num.o: Num.cpp
$(CC) $(CFLAGS) -c Num.cpp
clean:
rm -f core *.o

然后输入 make 命令,Linux就会自动去解析 Makefile 文件。

关于Makefile文件需要注意两点:

第一,Makefile 文件的名称是固定的(不能改变,没有后缀);

第二,缩进是Tab不是space。

接下来解析一下上面的命令:

NumTest: NumTest.o Num.o 

表示 NumTest 由 NumTest.o 和 Num.o 生成。

$(CC) $(CFLAGS) -o NumTest NumTest.o Num.o

其中 $(CC) 会被替换为 g++ , $(CFLAGS) 会被替换为 -0 ,替换后的命令会生成 NumTest 文件。文件中的其他命令也是类似的道理,最后的clean表示清理文件, rm -f core *.o 会删除所有以o结尾的文件(也就是生成 NumTest 的所有中间文件——对象文件)。

上面的文件内容依然比较复杂,如果换成如下的命令,除了可以使用上面那种格式,还可以在Makefile中使用下面这种格式:

CFLAGS = -O
CC = g++
SRC = NumTest.cpp Num.cpp
OBJ = $(SRC:.cpp = .o)
NumTest: $(OBJ)
  $(CC) $(CFLAGS) -o NumTest $(OBJ)
clean:  
  rm -f core *.o

参考文章:C++ Separate Header and Implementation Files

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