漫谈：C C++ 嵌套包含与前置声明

目录

嵌套包含导致无限

要有结束机制终止无限

头文件的避免重复包含机制

结构可以包含指针而不是嵌套

不可避免的成员互相调用

总结

结构不可能对象嵌套

但结构可以包含另一个结构的指针，只需要前置声明

操作结构成员代码无法通过前置声明解决，只能放到cpp文件里面去

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嵌套包含导致无限

        C、C++的头文件和结构都是可以互相包含的，虽然头文件和数据结构是完全不相干的东西，但是嵌套包含这种事，是有其内在的规律的。

        两个“东西”的互相包含是不可能的，互相嵌套至少会产生一个“无限”：无限空间、无限时间或者无限精度。

        自包含就是递归，函数递归会产生无限层级，从而需要无限时间和无限尺寸的栈空间，结构的递归在编译器计算结构尺寸这一步就会遇上无限。

要有结束机制终止无限

        所以一定要某种机制破坏无限，对于递归函数我们都知道，必须要有结束条件，到了某一步停止递归。

        对结构的互相调用呢？我们似乎本能地觉得没什么啊，互相包含，水乳交融嘛，比如

--示意代码，不严格
struct A
{
    struct B b;
    int a;
}
struct B
{
    struct A a;
    int b;
}

        这不挺好吗？但是这个代码注定无法编译，因为结构A有多大？整数4字节，再加上B，B包含一个整数和一个A，就是4+4+A，A又是4+B，就是4+4+4+B，B又是4+A……子子孙孙无穷匮也。

        头文件也是如此，A.h包含B.h，B.h又包含a.h，编译器到这里也傻眼了，无限包含停不下来。

头文件的避免重复包含机制

        当然了，解决头文件的互相包含很简单，对头文件有结束包含的机制：

#ifndef XXXX_H
#define XXXX_H

//头文件内容

#endif

        或者更简单的：

#pragma once

        这是个编译器指令，大部分编译器都支持。

        头文件这么做很简单，数据结构包含怎么解决？数据结构的互相包含没法用头文件那种机制解决，压根不能那样做，因为得到的数据结构不是预期的。

结构可以包含指针而不是嵌套

        那么为什么还能看到很多数据结构互相包含呢？不互相包含为什么需要前置声明呢？

        嗯……你指的是这样的代码吗？

--代码示意，不严格

struct B;--这是前置声明，仅仅说明B是一种结构的名字，具体内容不知道

struct A
{
    B * b;--这是指针，任何指针都是同样的长度，跟指向的东西没关系
    int a;
};

        看清楚啊，里面只是用到了指针——指针的大小和指向的数据的类型无关。编译器知道B是个类型名就可以生成A了，只有在后续使用b->的时候编译器才需要知道B的具体结构。

不可避免的成员互相调用

        即使我们不犯两个结构互相包含这种错误，而且我们也知道用前置声明来解决指针问题，我们也仍然会遇到头文件问题：

//A.h
#include "B.h"
class A
{
public:
    int iA;
    void fA(B * b)
    {
        b->iB;
    }
};


//B.h
#include "A.h"
class B
{
public:
    int iB;
    void fB(A * a)
    {
        a->iA;
    }
};

        由于两个类里面要用到->操作，编译器必须知道指针指向的结构的全部信息，所以必须包含头文件，这就不可避免地发生了头文件互相包含，当然我们在cpp文件里同时包含这两个头文件或仅仅只包含一个的时候，都会发生无限嵌套。

        不过前面已经说了头文件有避免无限嵌套的机制，而且一般每个头文件都应该使用这个机制。好吧，假设已经在上面的源码里添加了这个机制，那么处理A.h时发生什么：

1. 处理A.h，记住A.h已经包含
2. 包含B.h，记住B.h已经包含，此时B.h的内容被嵌入到A.h前面（替换包含语句）
3. 处理B.h，又遇到包含A，发现A.h已经包含，所以不处理，无限嵌套被终止

        于是得到了如下代码：

//A.h
    //B.h
    //#include "A.h"--已经包含过，忽略
    class B
    {
    public:
        int iB;
        void fB(A * a)
        {
            a->iA;
        }
    };
class A
{
public:
    int iA;
    void fA(B * b)
    {
        b->iB;
    }
};

        编译器试图编译这个代码，却发现A未定义，即使在B.h加上A的前置声明也只能解决fB的参数“A* a”的问题，不能解决函数体里面的“a->iA”。

        这个问题唯一的解决方法就是把函数体放到cpp文件里面去。

总结

• 结构不可能对象嵌套

• 但结构可以包含另一个结构的指针，只需要前置声明

• 操作结构成员代码无法通过前置声明解决，只能放到cpp文件里面去

（这里是结束）