多文件结构与预处理

1 C++程序的一般组织结构

C++程序通常由多个源文件组成，每个文件的职责可以如下划分：

• 类声明文件（.h文件）：定义类和其接口（函数与数据成员）。
• 类实现文件（.cpp文件）：实现类的具体功能。
• 主程序文件（.cpp文件）：包含 main()函数，调用类或函数完成程序任务。

例子（Point类的多文件组织）：

1. Point.h

   • 包含类的定义和接口声明。

   class Point {
   public:
       Point(int x = 0, int y = 0) : x(x), y(y) { }
       Point(const Point &p);
       ~Point() { count--; }
       int getX() const { return x; }
       int getY() const { return y; }
       static void showCount();
   private:
       int x, y;
       static int count;
   };
   

2. Point.cpp

   • 包含类的实现。

   #include "Point.h"
   #include <iostream>
   using namespace std;
   
   int Point::count = 0;
   
   Point::Point(const Point &p) : x(p.x), y(p.y) {
       count++;
   }
   
   void Point::showCount() {
       cout << "Object count = " << count << endl;
   }
   

3. 5_10.cpp

   • 包含主程序。

   #include "Point.h"
   #include <iostream>
   using namespace std;
   
   int main() {
       Point a(4, 5);
       cout << "Point A: " << a.getX() << ", " << a.getY();
       Point::showCount();
   
       Point b(a);
       cout << "Point B: " << b.getX() << ", " << b.getY();
       Point::showCount();
       return 0;
   }
   

编译过程将 Point.cpp和 5_10.cpp编译成目标文件并链接生成可执行文件。

2 外部变量与外部函数

• 外部变量

  • 定义在文件作用域中的变量，默认是外部的，可被其他文件访问。
  • 其他文件需用 extern声明它们。

  // 文件1
  int globalVar;
  
  // 文件2
  extern int globalVar;
  

• 外部函数

  • 定义在类外部的函数，可跨文件调用。需要在调用之前声明其原型。
  • 也可以用 extern修饰，功能相同。

限制外部访问的方法：

• 使用匿名命名空间，变量和函数不会暴露到其他编译单元。

  namespace {
      int n;
      void f() {
          n++;
      }
  }
  

3 标准C++库

• 标准C++库提供可重用的组件，主要包括：
  1. 输入/输出类
  2. 容器类与抽象数据类型（ADT）
  3. 存储管理类
  4. 算法
  5. 错误处理
  6. 运行环境支持

4 编译预处理

包含指令（#include）：

• #include <文件名>：从标准路径搜索头文件。
• #include "文件名"：从当前目录搜索，找不到时按标准路径搜索。

宏定义指令（#define）：

• 定义符号常量：

  #define PI 3.14159
  

• 定义带参数的宏：

  #define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))
  

• 常用的 const或内联函数可以取代宏定义。

条件编译指令：

1. #if ... #endif

   ：根据条件编译代码。

   #if defined(DEBUG)
   // 调试代码
   #endif
   

2. #ifdef 和 #ifndef

   ：

   • 检查是否定义了某个符号，常用于防止头文件重复包含。

     #ifndef HEAD_H
     #define HEAD_H
     class Point { ... };
     #endif
     

5 总结

多文件结构和编译预处理命令使C++程序模块化、易于维护和扩展。编译预处理则为灵活控制代码的编译和组织提供了强大支持。