C++學了這麼多年，你仍不知道的事！！！

轉自：http://blog.csdn.net/ithzhang/article/details/8119286

C++學了這麼多年你知道爲什麼定義類時，類的定義放在.h文件中，而類的實現放在cpp文件中。它們爲什麼能夠關聯到一起呢？你知道什麼東西可以放在.h文件中，什麼不能。什麼東西又可以放在cpp文件中。如果你忘記了或是壓根就不明白，那麼讀過此文你會清晰無比！！

        首先談下聲明與定義的區別。

        聲明是將一個名稱引入程序。定義提供了一個實體在程序中的唯一描述。聲明和定義有時是同時存在的。

     如int  a;

      extern int b=1;

    只有當extern中不存在初始化式是纔是聲明。其他情況既是定義也是聲明。

     但是在下列情況下，聲明僅僅是聲明：

       1：僅僅提供函數原型。如void func(int,int);

       2: extern int a;

       3：class A；

       4：typedef聲明

       5：在類中定義的靜態數據成員的聲明

   如：

    

<span style="font-size: 18px;">class A
{
   public:
    static int a;//聲明。
};</span>

class A
{
   public:
    static int a;//聲明。
};

   下列情況下 ，定義僅僅是定義：

      1：在類定義之外，定義並初始化一個靜態數據成員。如A::a=0;

      2:在類外定義非內聯成員函數。

     聲明僅僅是將一個符號引入到一個作用域。而定義提供了一個實體在程序中的唯一描述。在一個給定的定義域中重複聲明一個符號是可以的,但是卻不能重複定義,否則將會引起編譯錯誤。但是在類中的成員函數和靜態數據成員卻是例外，雖然在類內它們都是聲明，但是也不能有多個。

如：

      

<span style="font-size: 18px;">class A
{
    public:
      static int a;
      static int a;
     void func(int ,int);
     void func(int ,int);
};</span>

class A
{
    public:
      static int a;
      static int a;
     void func(int ,int);
     void func(int ,int);
};

        明白了聲明與定義的區別，還需要明白 內部鏈接、外部鏈接。只有明白了它們你纔會知道開頭提出的問題。

       在編譯時，編譯器只檢測程序語法和函數、變量是否被聲明。如果函數未被聲明，編譯器會給出一個警告，但可以生成目標文件。而在鏈接程序時，鏈接器會在所有的目標文件中找尋函數的實現。如果找不到，那到就會報鏈接錯誤碼（Linker Error）。在VC下，這種錯誤一般是：Link 2001錯誤，意思說是說，鏈接器未能找到函數的實現。

      鏈接把不同編譯單元產生的符號聯繫起來。有兩種鏈接方式：內部鏈接和外部鏈接。

      如果一個符號名對於它的編譯單元來說是局部的，並且在鏈接時不可能與其他編譯單元中的同樣的名稱相沖突，那個這個符號就是內部鏈接。內部鏈接意味着對此符號的訪問僅限於當前的編譯單元中，對其他編譯單元都是不可見的。

       static關鍵字作用在全局變量時，表示靜態全局變量。但是作用域僅僅在當前文件作用域內。其他文件中即使使用extern聲明也是無法使用的。const也類似。

       帶有static、const關鍵字和枚舉類型的連接是內部的。

       具有內部鏈接的符號無法作用於當前文件外部，要讓其影響程序的其他部分，可以將其放在.h文件中。此時在所有包含此.h文件的源文件都有自己的定義且互不影響。

       類的定義具有內部鏈接，由於它是定義，因此在同一編譯單元中不能重複出現。如果需要在其他編譯單元使用，類必須被定義在頭文件且被其他文件包含。僅僅在其他文件中使用class a;聲明是不行的，原因就是類的定義是內部鏈接，不會在目標文件導出符號。也就不會被其他單元解析它們的未定義符號。理解這一點很重要。

     內聯函數也具有內部鏈接。

      在一個多文件的程序中，如果一個符號在鏈接時可以和其他編譯單元交互，那麼這個名稱就有外部鏈接。外部鏈接意味着該定義不僅僅侷限在單個編譯單元中。它可以在.o文件中產生外部符號。可以被其他編譯單元訪問用來解析它們未定義的符號。因此它們在整個程序中必須是唯一的，否則將會導致重複定義。

       非內聯成員函數、非內聯函數、非靜態自由函數都具有外部鏈接。

       內聯函數之所有具有內部鏈接，因爲編譯器在可能的時候，會將所有 對函數的調用替換爲函數體，不將任何符號寫入.o文件。

       判斷一個符號是內部鏈接還是外部鏈接的一個很好的方法就是看該符號是否被寫入.o文件。

       前面說的是定義對鏈接方式的影響，接下來說下聲明對鏈接方式的影響。

       由於聲明只對當前編譯單元有用，因此聲明並不將任何東西寫入.o文件。

       如extern int a;

       int func();

       這些聲明本身不會影響到.o文件的內容。每一個都只是命名一個外部符號，使當前的編譯單元在需要的時候可以訪問相應的全局定義。

     函數調用會導致一個未定義的符號被寫入到.o文件。如果a在該文件中沒有被使用，那麼沒有被寫入到.o文件。而func函數有對此函數的調用。也就會將此符號寫入目標文件。此後此.o文件與定義此符號的.o文件被連接在一起，前面未定義的符號被解析。

     上述聲明有可能導致該符號被寫入目標文件中。但是以下聲明並不會導致該符號寫入到目標文件中。

如：

<span style="font-size: 18px;">typedefint Int；Class A;
struct s;
union point;</span>

typedef int Int；Class A;
struct s;
union point;

     它們的鏈接也是內部的。

     類聲明和類定義都是內部鏈接。只是爲當前編譯單元所用。

     靜態的類數據成員的定義具有外部鏈接。如

<span style="font-size: 18px;">class A
{
static  int a;//聲明。具有內部鏈接。
}；</span>

class A
{
 static  int a;//聲明。具有內部鏈接。
}；

      靜態數據成員a僅僅是一個聲明，但是它的定義A::a=0;卻具有外部鏈接。

     C++對類和枚舉類型的處理方式是不一樣的。比如：在不定義類時可以聲明一個類。但是不能未經定義就聲明一個枚舉類型。

     基於以上的分析，我們可以知道：將具有外部鏈接的定義放在頭文件中幾乎都是編程錯誤。因爲如果該頭文件中被多個源文件包含，那麼就會存在多個定義，鏈接時就會出錯。

     在頭文件中放置內部鏈接的定義卻是合法的，但不推薦使用的。因爲頭文件被包含到多個源文件中時，不僅僅會污染全局命名空間，而且會在每個編譯單元中有自己的實體存在。大量消耗內存空間，還會影響機器性能。

     const和static修飾的全局變量僅僅在當前文件作用域內有效。它們具有內部鏈接屬性。

    下面列出一些應該或是不應該寫入頭文件的定義：

<span style="font-size: 18px;">//test.h
#ifndef TEST_H
#define TEST_H
int a;     //a有外部鏈接，不能在頭文件中定義。
extern int b=10；//同上。
const int c=2;//c具有內部鏈接，可以定在頭文件中但應該避免。
static int d=3;//同上。
static void func(){}//同上。
void func2(){} //同a。
void func3();//可以。僅僅是聲明。並不會導致符號名被寫入目標文件。
class A
{
   public:
     static int e;//可以，具有內部鏈接。
     int f；//可以，同上。
     void func4();//聲明，內部鏈接。同上。
};
A::e=10;//不可以在頭文件中包含具有外部鏈接的定義。符號名別寫入目標文件。
void A:func4()//不可以，類成員函數。外部連接。
{
  //,......
}
#endif</span>

//test.h
#ifndef TEST_H
#define TEST_H
int a;     //a有外部鏈接，不能在頭文件中定義。
extern int b=10；//同上。
const int c=2;//c具有內部鏈接，可以定在頭文件中但應該避免。
static int d=3;//同上。
static void func(){} //同上。
void func2(){} //同a。
void func3();//可以。僅僅是聲明。並不會導致符號名被寫入目標文件。
class A
{
   public:
     static int e;//可以，具有內部鏈接。
     int f；//可以，同上。
     void func4();//聲明，內部鏈接。同上。
};
A::e=10;//不可以在頭文件中包含具有外部鏈接的定義。符號名別寫入目標文件。
void A:func4()//不可以，類成員函數。外部連接。
{
  //,......
}
#endif

      相信大家現在明白爲什麼只在類型聲明成員函數，而不實現它是合法的了。也可以回答爲什麼類的定義可以放在.h文件中。而類的實現可以放在同名的cpp文件中。老師以前的介紹是說編譯器會自動尋找同名的cpp文件。其實是因爲由於cpp文件中存儲的是成員函數的實現，而成員函數具有外部鏈接特性，會在目標文件產生符號。在此文件中此符號是定義過的。其他調用此成員函數的目標文件也會產生一個未定的符號。兩目標文件連接後此符號就被解析。注意static數據成員應該放在cpp文件中。而不能放在.h文件。

      有內部鏈接的定義可以定義在cpp文件中，並不會影響全局的符號空間 。但是在cpp文件作用域中要避免定義（並不禁止）沒有聲明爲靜態的數據和函數，因爲它們具有外部鏈接。

如

<span style="font-size: 18px;">int a;
void func()
{
   ......
}</span>

 int a;
void func()
{  
   ......
}

      上述定義具有外部鏈接可能會與全局命名空間的其他符號名稱存在潛在衝突。如果確實需要使用全局的變量或函數。可以爲它們加上static關鍵字。使其作用域侷限在當前文件內，具有內部鏈接也就不會對全局命名空間產生影響。因爲內聯函數和靜態自由函數、枚舉以及const類型的數據都具有內部鏈接，所以它們可以定義在cpp文件中，而不會影響全局命名空間。

      typedef和宏定義不會將符號引入.o文件，它們也可以出現在cpp文件中，不會影響全局命名空間。

      typedef 爲一個已存在的類型創建一個別名。而不是創建一個新的類型。它不提供類型安全。如

<span style="font-size: 18px;">typedefint IntA；
typedef int InB；</span>

typedef int IntA；
typedef int InB；

       在需要IntA的地方使用IntB是不會報錯的。它們可以互相替換。因爲此我們稱它不提供類型安全。但是在定義函數類型時typedef經常使用，可以使定義更清晰。

      標準c庫提供一個assert宏，用以保證給定的表達式值非零。否則便會輸出錯誤信息並終止程序執行。只有在程序中沒有定義NDEBUG時，assert纔會工作。一旦定義NDEBUG ，assert語句將會被忽略 。注意與VC中的ASSERT相區別。ASSERT是vc提供的。當_DEBUG被定義時纔會起作用。

在vc的DEBUG模式下_DEBUG會被定義。而在RELEASE模式下NDEBUG會被定義。

    好了，相信大家都會明白開頭提出的問題了。如果有不明白的，請務必留言哦。如有錯誤，也請不吝指正！！

    以上內容參考自《Large Scale C++ software design》。