c++ 中头文件重复定义的问题

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一、同一头文件中类嵌套的疑问

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，像下面的写法是错误的：
class B;
class A
{
public:
B b;
};
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。

Example：
animal.h
class animal
{
......
};
animal.cpp
#include "animal.h"
#include <iostream.h>
......
fish.h
#include "animal.h"
class fish
{
......
};
fish.cpp
#include "fish.h"
#include <iostream.h>
......
main.cpp
#include "animal.h"
#include "fish.h"
void main()
{
......
}
编译文件，会出现class type redefinition的错误。
为什么会出现类重复定义的错误呢？请读者仔细查看main.cpp文件，在这个文件中包含了animal.h和fish.h这两个头文件。当编译器编译main.cpp文件时，因为在文件中包含了animal.h头文件，编译器展开这个头文件，知道animal这个类定义了，接着展开 fish.h 头文件，而在fish.h头文件中也包含了animal.h，再次展开animal.h，于是animal这个类就重复定义了。
要解决头文件重复包含的问题，可以使用条件预处理指令。
修改后的头文件如下：
animal.h
#ifndef ANIMAL_H_H
#define ANIMAL_H_H
class animal
{
......
};
#endif
fish.h
#include "animal.h"
#ifndef FISH_H_H
#define FISH_H_H
class fish
{
......
};
#endif
我们再看main.cpp的编译过程。当编译器展开animal.h头文件时，条件预处理指令判断ANIMAL_H_H没有定义，于是就定义它，然后继续执行，定义了animal这个类；接着展开fish.h头文件，而在fish.h头文件中也包含了animal.h，再次展开 animal.h，这个时候条件预处理指令发现ANIMAL_H_H已经定义，于是跳转到#endif，执行结束。
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？

三、两点原则

头文件包含其实是一件很烦琐的工作，不但我们看着累，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、源文件间的句则结构问题提出两点原则，仅供参考：
第一个原则应该是，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，没有使用这个类的具体对象（非指针），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。
第二个原则应该是，尽量在CPP文件中包含头文件，而非在头文件中。假设类A的一个成员是是一个指向类B的指针，在类A的头文件中使用了类B的前置声明并编译成功，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（H文件）。

沧海一司

不错，看看！