對第一次接觸到C++程序的用戶和學者來說,了解C++程序的概念是非常重要的,那麼就先說一下什麼是C++語言,所謂C++語言:是一種使用非常廣泛的計算機編程語言。
C++程序支持“分別編譯”separate compilation)。也就是說,一個程序所有的內容,可以分成不同的部分分別放在不同的.cpp文件裡。.cpp文件裡的東西都是相對獨立的,在編 譯compile)時不需要與其他文件互通。
只需要在編譯成目標文件後再與其他的目標文件做一次鏈接link)就行了。比如,在文件a.cpp中定義 了一個全局函數“void a() {}”,而在文件b.cpp中需要調用這個函數。即使這樣,文件a.cpp和文件b.cpp並不需要相互知道對方的存在,而是可以分別地對它們進行編譯, 編譯成目標文件之後再鏈接,整個程序就可以運行了。
這是怎麼實現的呢?從寫程序的角度來講,很簡單。在文件b.cpp中,在調用 “void a()”函數之前,先聲明一下這個函數“void a();”,就可以了。這是因為編譯器在編譯b.cpp的時候會生成一個符號表symbol table)。
像“void a()”這樣的看不到定義的符號,就會被存放在這個表中。再進行鏈接的時候,編譯器就會在別的目標文件中去尋找這個符號的定義。一旦找到了,程序也就可以 順利地生成了。
注意這裡提到了兩個概念,一個是“定義”,一個是“聲明”。簡單地說,“定義”就是把一個符號完完整整地描述出來:它是變 量還是函數,返回什麼類型,需要什麼參數等等。
而“聲明”則只是聲明這個符號的存在,即告訴編譯器,這個符號是在其他文件中定義的,我這裡先用著,你鏈接 的時候再到別的地方去找找看它到底是什麼吧。定義的時候要按C++程序完整地定義一個符號變量或者函數)。
而聲明的時候就只需要寫出這個符號的原型了。 需要注意的是,一個符號,在整個程序中可以被聲明多次,但卻要且僅要被定義一次。試想,如果一個符號出現了兩種不同的定義,編譯器該聽誰的?
這種機制給C++程序員們帶來了很多好處,同時也引出了一種編寫程序的方法。考慮一下,如果有一個很常用的函數“void f() {}”,在整個程序中的許多.cpp文件中都會被調用。
那麼,我們就只需要在一個文件中定義這個函數,而在其他的文件中聲明這個函數就可以了。一個函數還 好對付,聲明起來也就一句話。但是,如果函數多了,比如是一大堆的數學函數,有好幾百個,那怎麼辦?能保證每個程序員。
很顯然,答案是不可能。但是有一個很簡單地辦法,可以幫助程序員們省去記住那麼多函數原型的麻煩:我們可以把那幾百個函數的聲明語句全都先寫好,放在一個文件裡,等到程序員需要它們的時候,就把這些東西全部copy進他的源代碼中。
這個方法固然可行,但還是太麻煩,而且還顯得很笨拙。於是,頭文件便可以發揮它的作用了。所謂的頭文件,其實它的內容跟.cpp文件中的內容是一樣的,都是 C++的源代碼。但頭文件不用被編譯。
我們把所有的函數聲明全部放進一個頭文件中,當某一個.cpp源文件需要它們時,它們就可以通過一個宏命令 “#include”包含進這個.cpp文件中,從而把它們的內容合並到.cpp文件中去。當.cpp文件被編譯時這些被包含進去的.h文件的作用便發揮了。
舉一個例子吧,假設所有的數學函數只有兩個:f1和f2,那麼我們把它們的定義放在math.cpp裡:
- /* math.cpp */
- double f1()
- {
- //do something here....
- return;
- }
- double f2(double a)
- {
- //do something here...
- return a * a;
- }
- /* end of math.cpp */
- 並把“這些”函數的聲明放在一個頭文件math.h中:
- /* math.h */
- double f1();
- double f2(double);
- /* end of math.h */
- 在另一個文件main.cpp中,我要調用這兩個函數,那麼就只需要把頭文件包含進來:
- /* main.cpp */
- #include "math.h"
- main()
- {
- int number1 = f1();
- int number2 = f2(number1);
- }
C++程序是一個完整的程序了。需要注意的是,.h文件不用寫在編譯器的命令之後,但它必須要在編譯器找得到的地方比如跟main.cpp在一個目錄下)。 main.cpp和math.cpp都可以分別通過編譯,生成main.o和math.o,然後再把這兩個目標文件進行鏈接,程序就可以運行了。