C++基础教程面向对象（学习笔记（9））

类代码和头文件
在类定义之外定义成员函数

到目前为止我们编写的所有类都非常简单，我们已经能够直接在类定义本身内实现成员函数。例如，这是我们无处不在的Date类：

class Date
{
private:
    int m_year;
    int m_month;
    int m_day;
 
public:
    Date(int year, int month, int day)
    {
        setDate(year, month, day);
    }
 
    void setDate(int year, int month, int day)
    {
        m_year = year;
        m_month = month;
        m_day = day;
    }
 
    int getYear() { return m_year; }
    int getMonth() { return m_month; }
    int getDay()  { return m_day; }
};

但是，随着类变得越来越复杂，在类中包含所有成员函数定义会使类更难管理和使用。使用已经编写的类只需要了解它的公共接口（公共成员函数），而不需要了解类的工作原理。成员函数实现细节带来的只有妨碍。

幸运的是，C ++提供了一种将类的“声明”部分与“实现”部分分开的方法。这是通过在类定义之外定义类成员函数来完成的。为此，只需将类的成员函数定义为正常函数，但使用作用域解析运算符（：:)将类名称作为函数前缀（与命名空间相同）。

这是我们的Date类，其中Date构造函数和setDate（）函数在类定义之外定义。请注意，这些函数的原型仍存在于类定义中，但实际实现已移到外部：

class Date
{
private:
    int m_year;
    int m_month;
    int m_day;
 
public:
    Date(int year, int month, int day);
 
    void SetDate(int year, int month, int day);
 
    int getYear() { return m_year; }
    int getMonth() { return m_month; }
    int getDay()  { return m_day; }
};
 
// Date构造函数
Date::Date(int year, int month, int day)
{
    SetDate(year, month, day);
}
 
// Date 成员函数
void Date::SetDate(int year, int month, int day)
{
    m_month = month;
    m_day = day;
    m_year = year;
}

这非常简单。因为访问函数通常只有一行，所以它们通常留在类定义中，即使它们可以移到外面。

这是另一个包含具有成员初始化列表的外部定义构造函数的示例：

class Calc
{
private:
    int m_value = 0;
 
public:
    Calc(int value=0): m_value(value) {}
 
    Calc& add(int value) { m_value  += value;  return *this; }
    Calc& sub(int value) { m_value -= value;  return *this; }
    Calc& mult(int value) { m_value *= value;  return *this; }
 
    int getValue() { return m_value ; }
};

变为：

class Calc
{
private:
    int m_value = 0;
 
public:
    Calc(int value=0);
 
    Calc& add(int value);
    Calc& sub(int value);
    Calc& mult(int value);
 
    int getValue() { return m_value; }
};
 
Calc::Calc(int value): m_value(value)
{
}
 
Calc& Calc::add(int value)
{
    m_value += value;
    return *this;
}
 
Calc& Calc::sub(int value) 
{
    m_value -= value;
    return *this;
}
 
Calc& Calc::mult(int value)
{
    m_value *= value;
    return *this;
}

将类定义放在头文件中

在头文件的课程中，您了解到可以将函数声明放在头文件中，以便在多个文件甚至多个项目中使用这些函数。类也不例外。类定义可以放在头文件中，以便于在多个文件或多个项目中重用。传统上，类定义放在与类同名的头文件中，并且在类外定义的成员函数放在与该类同名的.cpp文件中。

这是我们的Date类，分为.cpp和.h文件：

Date.h：

#ifndef DATE_H
#define DATE_H
 
class Date
{
private:
    int m_year;
    int m_month;
    int m_day;
 
public:
    Date(int year, int month, int day);
 
    void SetDate(int year, int month, int day);
 
    int getYear() { return m_year; }
    int getMonth() { return m_month; }
    int getDay()  { return m_day; }
};
 
#endif

Date.cpp：

#include "Date.h"
 
// Date构造函数
Date::Date(int year, int month, int day)
{
    SetDate(year, month, day);
}
 
// Date成员函数
void Date::SetDate(int year, int month, int day)
{
    m_month = month;
    m_day = day;
    m_year = year;
}

现在任何其他想要使用Date类的头文件或代码文件都可以#include “Date.h”。请注意，Date.cpp也需要编译到使用Date.h的任何项目中，以便链接器知道Date的实现方式。

不在头文件中定义类违反了单定义规则吗？

它不至于。如果您的头文件具有正确的标头保护关于标头保护请看这个，则不应该将类定义多次包含在同一文件中。

类型（包括类）不受单定义规则的约束，即每个程序只能有一个定义。因此，没有问题#include包括多个代码文件的类定义（如果有的话，类不会有太多用处）。

不在头文件中定义成员函数违反了单定义规则吗？

这取决于在类定义中定义的成员函数被认为是隐式内联的。内联函数不受单定义规则的每个程序部分的一个定义的限制。这意味着在类定义本身内定义普通成员函数（例如访问函数）没有问题。

在类定义之外定义的成员函数被视为普通函数，并且遵循单定义规则的每个程序部分的一个定义。因此，这些函数应该在代码文件中定义，而不是在头文件中定义。这方面的一个例外是模板功能，我们将在以后的章节中介绍。

那么应该在头文件和.cpp文件中定义什么，以及类定义与外部的内容是什么？

您可能想要将所有成员函数定义放入类中的头文件中。虽然这会编译，但这样做有几个缺点。首先，如上所述，这会使您的类定义变得混乱。其次，类内定义的函数是隐式内联的。对于从许多地方调用的较大函数，这可能会使代码膨胀。第三，如果你更改了头文件中代码的任何内容，那么你需要重新编译包含该标题的每个文件。这可能会产生连锁反应，其中一个小的更改会导致整个程序需要重新编译（这可能很慢）。如果更改.cpp文件中的代码，则只需重新编译该.cpp文件！

因此，建议如下：

a:对于通常不可重用的一个文件中使用的类，直接在它们使用的单个.cpp文件中定义它们。
b:对于在多个文件中使用的类或用于一般重用的类，请在与该类同名的.h文件中定义它们。
c:可以在类中定义普通成员函数（普通构造函数或析构函数，访问函数等）。
d:应该在与该类同名的.cpp文件中定义不重要的成员函数。
在将来的课程中，我们的大多数类将在.cpp文件中定义，所有函数都直接在类定义中实现。这只是为了方便并保持示例简短。在实际项目中，将类放入自己的代码和头文件中更为常见，应该习惯这样做。

默认参数

成员函数的默认参数应该在类定义中（在头文件中）声明，#includes头部可以看到它们。

Libraries

对于可用于扩展程序的库，分离类定义和类实现非常常见。在整个程序中，您拥有属于标准​​库的#included标头，例如iostream，string，vector，array等。请注意，您不需要将iostream.cpp，string.cpp，vector.cpp或array.cpp添加到项目中。您的程序需要头文件中的声明，以便编译器验证您正在编写语法正确的程序。但是，属于C ++标准库的类的实现包含在链接阶段链接的预编译文件中。你永远不会看到代码。

在一些开源软件（提供.h和.cpp文件）之外，大多数第三方库只提供头文件以及预编译的库文件。这有几个原因：1）链接预编译库比每次需要时重新编译它更快
2）许多应用程序可以共享预编译库的单个副本，而编译后的代码可以编译到每个可执行文件中它使用它（膨胀文件大小）
3）知识产权的原因（你不希望人们窃取你的代码）。

将您自己的文件分成声明（头文件）和实现（代码文件）不仅是一种好的形式，它还使您可以更轻松地创建自己的自定义库。创建自己的库超出了我学的教程的范围，但将声明和实现分开是执行此操作的先决条件。