C++头文件

一、C++编译模式       

        通常，在一个C++程序中，只包含两类文件——cpp文件和h文件。cpp文件被称作C++源文件，里面放的都是C++的源代码；h文件则被称作C++头文件，里面放的也是C++的源代码。

        C+ +语言支持“分别编译”（separate compilation）。也就是说，一个程序所有的内容，可以分成不同的部分分别放在不同的.cpp文件里。

        cpp文件里的东西都是相对独立的，在编译（compile）时不需要与其他文件互通，只需要在编译成目标文件后再与其他的目标文件做一次链接（link）就行了。比如，在文件a.cpp中定义了一个全局函数“void a() {}”，而在文件b.cpp中需要调用这个函数。即使这样，文件a.cpp和文件b.cpp并不需要相互知道对方的存在，而是可以分别地对它们进行编译， 编译成目标文件之后再链接，整个程序就可以运行了。

二、C++头文件

        头文件的内容跟.cpp文件中的内容一样，都是C++源代码。但头文件不用被编译。

        我们把所有的函数声明全部放进一个头文件中，当某一个cpp源文件需要它们时，它们就可以通过一个宏命令“#include”包含进这个cpp文件中，从而把它们的内容合并到cpp文件中去。当cpp文件被编译时，这些被包含进去的h文件的作用便发挥了。

         #include的作用是把它后面所写的那个文件的内容，完完整整地、一字不改地包含到当前的文件中来。值得一提的是，它本身是没有其它任何作用与副功能的，它的作用就是把每一个它出现的地方，替换成它后面所写的那个文件的内容。简单的文本替换，别无其他。因此，main.cpp文件中的第一句（#include "math.h"），在编译之前就会被替换成math.h文件的内容。即在编译过程将要开始的时候，main.cpp的内容已经发生了改变

三、头文件的书写

        1、头文件中，只能存在变量或者函数的声明，而不要放定义。

        因为一个头文件的内容实际上是会被引入到多个不同的cpp文件中的，并且它们都会被编译。放声明当然没事，如果放了定义，那么也就相当于在多个文件中出现了对于一个符号（变量或函数）的定义，纵然这些定义都是相同的，但对于编译器来说，这样做不合法。

        2、头文件中可以写const对象的定义。

        因为全局的const对象默认是没有extern的声明的，所以它只在当前文件中有效。把这样的对象写进头文件中，即使它被包含到其他多个cpp文件中，这个对象也都只在包含它的那个文件中有效，对其他文件来说是不可见的，所以便不会导致多重定义。同时，因为这些cpp文件中的该对象都是从一个头文件中包含进去的，这样也就保证了这些cpp文件中的这个const对象的值是相同的，可谓一举两得。

         同理，static对象的定义也可以放进头文件。

        3、头文件中可以写内联函数（inline）的定义。

        inline函数是需要编译器在遇到它的地方根据它的定义把它内联展开的，而并非是普通函数那样可以先声明再链接的（内联函数不会链接），所以编译器就需要在编译时看到内联函数的完整定义才行。

        如果内联函数像普通函数一样只能定义一次的话，这事儿就难办了。因为在一个文件中还好，我可以把内联函数的定义写在最开始，这样可以保证后面使用的时候都可以见到定义；但是，如果我在其他的文件中还使用到了这个函数那怎么办呢？这几乎没什么太好的解决办法。

        因此C++规定，内联函数可以在程序中定义多次，只要内联函数在一个cpp文件中只出现一次，并且在所有的cpp文件中，这个内联函数的定义是一样的，就能通过编译。那么显然，把内联函数的定义放进一个头文件中是非常明智的做法。

        4、头文件中可以写类（class）的定义。

         在程序中创建一个类的对象时，编译器只有在这个类的定义完全可见的情况下，才能知道这个类的对象应该如何布局，所以，关于类的定义的要求，跟内联函数是基本一样的。所以把类的定义放进头文件，在使用到这个类的.cpp文件中去包含这个头文件，是一个很好的做法。

        值得一提的是，类的定义中包含着数据成员和函数成员。数据成员是要等到具体的对象被创建时才会被定义（分配空间），但函数成员却是需要在一开始就被定义的，这也就是我们通常所说的类的实现。

        一般的做法是，把类的定义放在头文件中，而把函数成员的实现代码放在一个cpp文件中。这是很好的办法。

        还有另一种办法，即直接把函数成员的实现代码也写进类定义里面。在C++的类中，如果函数成员在类的定义体中被定义，那么编译器会视这个函数为内联的。因此，把函数成员的定义写进类定义体，一起放进头文件中，是合法的。

        注意一下，如果把函数成员的定义写在类定义的头文件中，而没有写进类定义中，这是不合法的，因为这个函数成员此时就不是内联的了。一旦头文件被两个或两个以上的cpp文件包含，这个函数成员就被重定义了。

       5、头文件需要保护措施

        如果头文件中只包含声明语句，那么它被同一个cpp文件包含再多次都没问题。但如果头文件是上述中某种情况，定义了一些函数，在cpp文件中包含了两次头文件就麻烦了。

        使用"#define"配合条件编译可以很好地解决这个问题。在一个头文件中，通过#define定义一个名字，并且通过条件编译#ifndef...#endif使得编译器可以根据这个名字是否被定义，再决定要不要继续编译该头文中后续的内容。这个方法虽然简单，但是写头文件时一定记得写进去。