c++之超前引用（头文件相互包含）

C++超前引用与类嵌套解析

最新推荐文章于 2025-09-15 09:22:41 发布

原创最新推荐文章于 2025-09-15 09:22:41 发布 · 3.4k 阅读

20 ·

CC 4.0 BY-SA版权

C++ 专栏收录该内容

10 篇文章

订阅专栏

本文深入探讨C++中超前引用的概念，分析类嵌套时的常见问题及解决方案，包括如何通过类声明、全局变量和基类指针避免编译错误。

定义：

超前引用是指一个类型在定义之前就被用来定义变量和声明函数。一般情况下，C/C++要求所有的类型必须在使用前被定义，但是在一些特殊情况下，这种要求无法满足，例如，在类A中类B的对象指针，但是类B中也同时包含类A的对象.

类A.h头文件定义如下：

#ifndef A_H
#define A_H
class B;
class A 
{ 
    int i; 
    B *b; 
}

类B.h头文件定义如下：

#ifndef B_H
#define B_H
#include <A.h>
class B 
{ 
    int i; 
    A b; 
};

上例分析：类A和类B需要彼此互相引用，这样必然有一个类会先被定义，而另外一个类后被定义，这样在先被定义的类引用后被定义的类的时候，就导致了所谓的超前引用。

解决办法：

1) 使用类声明

在超前引用一个类之前，首先用一个特殊的语句说明该标识符是一个类名，即将被超前引用。其使用方法是：

     a) 用class ClassB；声明即将超前引用的类名
       b) 定义class ClassA
       c) 定义class ClassB;
       d) 编制两个类的实现代码。

上述方法适用于所有代码在同一个文件中，一般情况下，ClassA和ClassB分别有自己的头文件和cpp文件，这种
方法需要演变成：

       a) 分别定义ClassA和ClassB，并在cpp文件中实现之
       b) 在两个头文件的开头分别用class ClassB;和class ClassA;声明对方
       c) 在两个cpp文件中分别包含另外一个类的头文件

NOTE:这种方法切记不可使用类名来定义变量和函数的变量参数，只可用来定义引用或者指针。

2) 使用全局变量
由于全局变量可以避免超前引用，不用赘述。我的习惯是，把类对象的extern语句加在该类头文件的最后，大家喜欢
怎样写那都没有什么大问题，关键是保证不要在头文件中胡乱包含。

3) 使用基类指针。
这种方法是在引用超前引用类的地方一律用基类指针。而一般情况下，两个互相引用的类并不涉及其基类，因此不会造成
超前引用。

一、类嵌套的疑问

假设我们有两个类A和B，分别定义在各自的头文件A.h和B.h中，但是在A中要用到B，B中也要用到A，但是这样的写法当然是错误的：

A.h头文件包含的内容
class B;
class A
{
    public:
    B b;
};

B.h头文件包含的内容
#include <A.h>
class B
{
    public:
    A a;
};

因为在A对象中要开辟一块属于B的空间，而B中又有A的空间，是一个逻辑错误，无法实现的。在这里我们只需要把其中的一个A类中的B类型成员改成指针形式就可以避免这个无限延伸的怪圈了。为什么要更改A而不是B？因为就算你在B中做了类似的动作，也仍然会编译错误，表面上这仅仅上一个先后顺序的问题。

为什么会这样呢？因为C++编译器自上而下编译源文件的时候，对每一个数据的定义，总是需要知道定义的数据的类型的大小。在预先声明语句class B;之后，编译器已经知道B是一个类，但是其中的数据却是未知的，因此B类型的大小也不知道。这样就造成了编译失败，VC++6.0下会得到如下编译错误：error C2079: 'b' uses undefined class 'B'. 将A中的b更改为B指针类型之后，由于在特定的平台上，指针所占的空间是一定的（在Win32平台上是4字节），这样可以通过编译。

二、不同头文件中的类的嵌套

在实际编程中，不同的类一般是放在不同的相互独立的头文件中的，这样两个类在相互引用时又会有不一样的问题。重复编译是问题出现的根本原因。为了保证头文件仅被编译一次，在C++中常用的办法是使用条件编译命令。在头文件中我们常常会看到以下语句段（以VC++6.0自动生成的头文件为例）：

#if !defined(AFX_STACK_H__1F725F28_AF9E_4BEB_8560_67813900AE6B__INCLUDED_)
#define AFX_STACK_H__1F725F28_AF9E_4BEB_8560_67813900AE6B__INCLUDED_
    //很多语句……
#endif

其中首句#if !defined也经常做#ifndef，作用相同。意思是如果没有定义过这个宏，那么就定义它，然后执行直到#endif的所有语句。如果下次再遇到这段代码，由于已经定义了那个宏，因此重复的代码不会被再次执行。这实在是一个巧妙而高效的办法。在高版本的VC++上，还可以使用这个命令来代替以上的所有：
#pragma once
它的意思是，本文件内的代码只被使用一次。但是不要以为使用了这种机制就全部搞定了，比如在以下的代码中：

//文件A.h中的代码
#pragma once
#include "B.h"

class A
{
    public:
    B* b;
};

//文件B.h中的代码
#pragma once
#include "A.h"

class B
{
    public:
    A* a;
};

这里两者都使用了指针成员，因此嵌套本身不会有什么问题，在主函数前面使用#include "A.h"之后，主要编译错误如下：
error C2501: 'A' : missing storage-class or type specifiers
仍然是类型不能找到的错误。其实这里仍然需要前置声明。分别添加前置声明之后，可以成功编译了。代码形式如下：

//文件A.h中的代码
#pragma once
#include "B.h"

class B;
class A
{
    public:
    B* b;
};

//文件B.h中的代码
#pragma once
#include "A.h"

class A;
class B
{
    public:
    A* a;
};

这样至少可以说明，头文件包含代替不了前置声明。有的时候只能依靠前置声明来解决问题。我们还要思考一下，有了前置声明的时候头文件包含还是必要的吗？我们尝试去掉A.h和B.h中的#include行，发现没有出现新的错误。那么究竟什么时候需要前置声明，什么时候需要头文件包含呢？

总结：

头文件包含其实是一件很烦（繁）琐的工作，不但我们看着都累，编译器编译的时候也很累，再加上头文件中常常出现的宏定义，感觉各种宏定义的展开是非常耗时间的，远不如自定义函数来得速度，我仅就不同头文件，原文件间的句则结构问题提出两点原则，仅供参考：

1) 如果可以不包含头文件，那就不要包含了。这时候前置声明可以解决问题。如果使用的仅仅是一个类的指针，没有使用会这个类的具体对象（非指针，非引用），也没有访问到类的具体成员，那么前置声明就可以了。因为指针这一数据类型的大小是特定的，编译器可以获知。

2)尽量在cpp文件中包含头文件，而非在头文件中。假设类A的一个成员是一个指向类B的指针，在类A的头文件中使用类B的前置声明便可以成功，那么在A的实现中我们需要访问B的具体成员，因此需要包含头文件，那么我们应该在类A的实现部分（CPP文件）包含类B的头文件而非声明部分。