侯捷 C++ 课程学习笔记：头文件与类的声明-优快云博客

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侯捷 C++ 课程学习笔记：头文件与类的声明

本篇相对实操性较强，所以需要编写简单的程序，包含不同类型的头文件引用和类的声明，逐渐增加复杂度，深入理解其用法。对自己编写的代码以及优秀的开源代码进行分析，学习其中头文件和类声明的规范和技巧。

这里侯老师对C与C++的头部写法还做了一个对比。

头文件概念与作用说明

头文件用于存储预定义的函数、类、结构体等，可提高代码的重用性和可读性。其扩展名不一定是.h，如<iostream>就没有传统的.h 扩展名。

常见头文件：<iostream>用于输入输出操作，<cmath>提供数学函数，<vector>支持动态数组等。了解这些头文件及其提供的功能很重要。
防卫式声明：也叫头文件保护或头文件宏定义，是防止头文件被多次包含的技术，利用条件编译指令实现。例如：
#ifndef FILENAME_H
#define FILENAME_H
// 头文件内容
#endif
其中FILENAME_H是自定义宏，当第一次包含该头文件时，宏未定义，头文件内容被包含，后续再包含时，宏已定义，内容不再重复包含，避免多重定义错误。

C++头文件与库的说明

定义与作用

库是预先编译好的代码集合，它包含了一系列的函数、类、对象等，可供其他程序调用。使用库可以避免重复编写代码，提高开发效率，同时也有助于代码的模块化和管理。

常见类型

标准库：C++ 标准库是 C++ 语言的一部分，它提供了丰富的功能，包括输入输出、容器、算法、字符串处理等。标准库分为两部分：C++ 标准模板库（STL）和标准库的其他部分。STL 包含了容器（如 vector、list、map）、迭代器、算法等；其他部分则包含了如 <iostream> 等用于输入输出的功能。
第三方库：由第三方开发者或组织开发的库，用于提供特定的功能。例如，Boost 库是一个广泛使用的第三方 C++ 库，提供了许多高级功能，如智能指针、正则表达式、多线程等；OpenCV 是用于计算机视觉的库，提供了图像和视频处理的功能。
自定义库：开发者根据自己的项目需求创建的库。比如，在一个大型项目中，可以将一些通用的功能封装成一个库，供项目中的其他模块使用。

静态库与动态库

静态库：扩展名为 .lib（Windows）或 .a（Linux）。在编译时，静态库的代码会被完整地复制到可执行文件中。这样，可执行文件在运行时不需要依赖外部的库文件，但会导致可执行文件体积增大。
动态库：扩展名为 .dll（Windows）或 .so（Linux）。动态库的代码在运行时才会被加载到内存中。可执行文件只包含对动态库中函数和变量的引用，因此可执行文件体积较小，而且多个程序可以共享同一个动态库，节省内存资源。

库的使用

要使用一个库，通常需要完成以下步骤：

包含头文件：在源文件中包含库提供的头文件，以获取库中函数和类的声明。
链接库文件：在编译时，告诉编译器链接相应的库文件。对于静态库，编译器会将库的代码链接到可执行文件中；对于动态库，编译器会生成可执行文件对动态库的引用。例如，在使用 g++ 编译器时，可以使用 -l 选项来指定要链接的库，如 -l boost_system 表示链接 Boost 库中的 system 模块。

C语言头部分件 VS C++头部文件

对比维度	C 语言头部文件	C++ 头部文件
后缀与形式	传统后缀为 .h，如 stdio.h、math.h	除兼容 .h 后缀外，有不带 .h 后缀的，如 <iostream>、<vector>；还有 .hpp 后缀，用于类和模板定义
包含内容	结构体、联合体、枚举类型声明，类型定义，宏定义，函数声明	除 C 语言头部文件内容外，有类声明、成员函数声明、模板定义等，支持面向对象编程
编译处理方式	预处理阶段直接包含进源文件，按 C 语言规则编译处理函数声明	因支持函数重载，处理较复杂；为实现 C 和 C++ 代码混合编译，常用 extern "C" 声明
头文件数量与功能侧重	数量较少，侧重基本输入输出、数学运算、字符串处理等底层功能	数量丰富，除 C 语言功能外，涵盖面向对象编程、容器算法、输入输出流等高级功能

有了表就很直接了，方便做对照。

类的声明

基本概念：

类是用户自定义的数据类型，包含属性（数据成员）和行为（成员函数）。例如，定义一个简单的Person类：

#include <string> // 头部文件引入string

class Person {
public:
    // 成员函数
    void setName(const std::string& name) { this->name = name; }
    std::string getName() const { return name; }
private:
    // 数据成员
    std::string name;
};

访问权限：

public（公共）权限的成员在类内外都可访问；private（私有）权限的成员只能在类内部访问；protected（保护）权限与private类似，但派生类可以访问。

构造函数：

名称与类名相同，无返回值，用于对象的初始化。例如：

class Complex {
public:
    // 构造函数，初始化复数的实部和虚部
    Complex(double r = 0, double i = 0) : re(r), im(i) {}
private:
    double re, im;
};

成员函数：

分为在类体内直接定义（隐式内联）和在类体外定义两种方式。在类体外定义时，需要使用类名和作用域解析运算符::，如：

class Complex {
public:
    Complex& operator+=(const Complex&);
};
// 重载加法赋值运算符，用于将一个复数加到当前复数上
Complex& Complex::operator+=(const Complex& rhs) {
    // 函数体
    return *this;
}

友元：

允许非成员函数或其他类访问本类的私有和保护成员。声明友元函数使用friend关键字，如：

// 定义一个名为Complex的类，用于表示复数
class Complex {
    // 声明一个友元函数operator+，用于实现复数的加法运算
    friend Complex operator+(const Complex&, const Complex&);
};

头部文件与类的声明总结

在 C++ 中，头文件与类的声明是构建程序的重要基础。头文件常以.h或.hpp为扩展名，用于存放函数、类的声明，宏定义等内容。它能避免代码重复编写，提高可维护性，还可借助防卫式声明防止重复包含。

类的声明则是定义用户自定义类型的关键。在类里可声明数据成员与成员函数，还能通过访问控制符（public、private、protected）管控成员的访问权限。类的声明一般置于头文件，而实现可放在源文件，如此能实现接口与实现分离，增强代码的模块化与可复用性。