我终于把C++多文件编程理解透彻了

稍微大一点的项目都不会是单个文件的，多文件的好处实在太多，模块开发、分工协作、代码复用、结构清晰、模块更新…不细扯，直接梳理一下C++源代码的文件类型、多文件编译。

1、文件类型

C++程序一般分三类文件：

• 头文件( .h )。放置各种声明，用于被cpp文件包含。
• 模块文件（.cpp）。放置一些函数定义，也称为功能模块。
• 主程序文件（.cpp）。包含main()的文件，程序入口，调用模块文件实现的方法。

1.1、头文件

头文件的存在是为了联系多个源文件，是源文件之间的接口。C++与C一样，要求先声明后使用，可是编译的时候是单文件编译的。看一个没有头文件的例子。

//main.cpp
void fun();     //必须先声明，不然调用出错
int main(){
    fun();       // 调用fun
}

//fun.cpp
#include <iostream>
void fun(){
    std::cout<<"This is fun."<<std::endl;
}

使用命令g++ main.cpp fun.cpp编译两个文件之后是可以正常运行的。这里你需要知道一点C++编译过程原理：C++把每个文件单独编译出来，再通过链接把编译出来的多个文件组成一个可执行程序。编译的时候只检查函数声明，只要该文件能在之前声明过函数就能编译成功。函数定义是在链接阶段检查的，而链接是多文件共同参与的。上例中，main.cpp必须先声明函数fun()才能通过编译, 尽管没有在main.cpp中定义，但在链接的时候发现fun.cpp定义了该函数，程序正确。

但是，每次使用其它文件的函数前都要自己先声明显然很繁琐也容易出错。所以，我们把声明类语句放到一类文件里，称之“头文件”，如果你需要使用到某个函数，就把它所在的头文件包含进来，头文件的内容会在编译前被粘贴到源文件中，这样在编译的时候就能正常通过了。看使用了头文件之后的例子。

//main.cpp
#include "header.h"
int main(){
    fun();
}

//header.h
#ifndef HEADER_H
#define HEADER_H
void fun();
#endif

//fun.cpp
#include <iostream>
void fun(){
    std::cout<<"This is fun."<<std::endl;
}

头文件的内容一般都会使用条件编译预处理语句（如上）包住，防止因为依赖关系多次被包含。

既然知道头文件的作用，那哪些东西应该放在头文件？哪些不能放在头文件？很好理解，如果这部分需要复制给每个相关的cpp，就把它放在头文件，如果被多个cpp复制之后，可能导致它们在链接过程出错，就不要放在头文件。 一 一来看：

• 函数声明：显然应该放在头文件中，前面很清楚。
• 类定义、结构定义：用函数定义的逻辑想，似乎不能放在头文件中。但它应该放在头文件。第一，每个cpp文件应该有一个定义，在编译的时候编译器才知道怎么为对象分配空间。其次，类型定义不会在内存上分配空间。
• 模板函数：编译器必须在编译的时候根据函数模板实例化对应的函数，所以应该放在头文件。
• 内联函数：编译期间被插到调用位置，所以也要放在头文件。
• 函数定义：不要！C++规定一个程序同签名的函数只能有一个定义。如果你把函数定义放在头文件件，并且同一个程序的多个cpp文件包含了该头文件，这样，在链接的时候会发现多个定义版本，链接报错。
• 变量定义：不要！与上面类似，被多个文件包含的时候会出现多次定义同一个变量，链接错误。但是，static变量和extern变量可以，以及宏定义的常量，因为这些在多个文件出现并不会出错。

1.2、cpp源文件

把头文件的东西抽离出去之后，剩下的就可以放在cpp文件了。在cpp文件上，除了需要include对应的头文件之外，没有什么变化。

尽管都是cpp文件，还是有必要理解成模块文件和主程序文件，二者类似功能的提供者和使用者，在实际中，也常常由不同的人开发。

2、多文件的编译

如果是使用Windows下的集成开发环境的，大可直接Build，一键搞定，但你对这个过程的理解就可能差点。所以我以linux上为例，最简单的多文件编译命令：

g++ main.cpp fun.cpp -o out   #列举所有要编译的文件

也可以单独编译成 .o文件之后再链接：

g++ -c main.cpp -o main.o
g++ -c fun.cpp -o fun.o
g++ main.o fun.o -o out

第二种是不是引起了你的疑惑——这么麻烦？可是，这种方式提供了一个优点——模块编译更新。你只需要编译你修改过的文件，再跟其他的链接，无需再次对整个项目编译。

在实际的项目中，项目文件可不是小数目，无论上面的那种方式，你都需要一一列出文件，不实际。IDE工具自然没有这种烦恼。不过Linux也会使用Makefile进行项目管理，实现自动编译。行了，又多了一样要学。