C++中前置声明的应用与陷阱

Posted 2021-06-29 Ston.V

前置声明的使用
      有一定C++开发经验的朋友可能会遇到这样的场景：两个类A与B是强耦合关系，类A要引用B的对象，类B也要引用类A的对象。好的，不难，我的第一直觉让我写出这样的代码：

// A.h
#include "B.h"
class A
{
    B b;
public:
    A(void);
    virtual ~A(void);
};

//A.cpp
#include "A.h"
A::A(void)
{
}


A::~A(void)
{
}

// B.h
#include "A.h"
class B
{
    A a;
public:
    B(void);
    ~B(void);
};

// B.cpp
#include "B.h"
B::B(void)
{
}


B::~B(void)
{
}

好的，完成，编译一下A.cpp，不通过。再编译B.cpp，还是不通过。编译器都被搞晕了，编译器去编译A.h，发现包含了B.h，就去编译B.h。编译B.h的时候发现包含了A.h，但是A.h已经编译过了（其实没有编译完成，可能编译器做了记录，A.h已经被编译了，这样可以避免陷入死循环。编译出错总比死循环强点），就没有再次编译A.h就继续编译。后面发现用到了A的定义，这下好了，A的定义并没有编译完成，所以找不到A的定义，就编译出错了。提示信息如下：

1>d:/vs2010/test/test/a.h(5): error C2146: syntax error : missing ';' before identifier 'b'
1>d:/vs2010/test/test/a.h(5): error C4430: missing type specifier - int assumed. Note: C++ does not support default-int
1>d:/vs2010/test/test/a.h(5): error C4430: missing type specifier - int assumed. Note: C++ does not support default-int

      那怎么办？有办法，C++为我们提供了前置声明。前置声明是什么？举个形象点的例子，就是我要盖一个屋子（CHOuse），光有屋子还不行啊，我还得有床（CBed）。但是屋子还没盖好，总不能先买床吧，床的大小我定了，改天买。先得把房子盖好，盖房子的时候我先给床留个位置，等房子盖好了，我再决定买什么样的床。前置声明就是我在声明一个类（CHouse）的时候，用到了另外一个类的定义（CBed），但是CBed还没有定义呢，而且我还先不需要CBed的定义，只要知道CBed是一个类就够了。那好，我就先声明类CBed，告诉编译器CBed是一个类（不用包含CBed的头文件）：

class CBed;

然后在CHouse中用到CBed的，都用CBed的指针类型代（因为指针类型固定大小的，但是CBed的大小只用知道了CBed定义才能确定）。等到要实现CHouse定义的时候，就必须要知道CBed的定义了，那是再包好CBed的头文件就行了。

      前置声明有时候很有用，比如说两个类相互依赖的时候要。还有前置声明可以减少头文件的包含层次，减少出错可能。上面说的例子。

// House.h
class CBed; // 盖房子时：现在先不买，肯定要买床的
class CHouse
{
    CBed* bed; // 我先给床留个位置
public:
    CHouse(void);
    virtual ~CHouse(void);
    void GoToBed();
};

// House.cpp
#include "Bed.h"
#include "House.h" // 等房子开始装修了，要买床了

CHouse::CHouse(void)
{
    bed = new CBed(); // 把床放进房子
}

CHouse::~CHouse(void)
{
}

void CHouse::GoToBed()
{
    bed->Sleep();
}

// Bed.h
class CBed
{

public:
    CBed(void);
    ~CBed(void);
    void Sleep();
};

// Bed.cpp
#include "Bed.h"

CBed::CBed(void)
{
}


CBed::~CBed(void)
{
}

void CBed::Sleep()
{

}

前置声明中的陷阱
注意这里有陷阱：

1、CBed* bed;必须用指针或引用

引用版本：

// House.h
class CBed; // 盖房子时：现在先不买，肯定要买床的
class CHouse
{
    CBed& bed; // 我先给床留个位置
    // CBed bed; // 编译出错
public:
    CHouse(void);
    CHouse(CBed& bedTmp);
    virtual ~CHouse(void);
    void GoToBed();
};

// House.cpp
#include "Bed.h"
#include "House.h" // 等房子开始装修了，要买床了

CHouse::CHouse(void)
    : bed(*new CBed())
{
    CBed* bedTmp = new CBed(); // 把床放进房子
    bed = *bedTmp;
}

CHouse::CHouse(CBed& bedTmp)
    : bed(bedTmp)
{
}

CHouse::~CHouse(void)
{
    delete &bed;
}

void CHouse::GoToBed()
{
    bed.Sleep();
}

2、不能在CHouse的声明中使用CBed的方法

        使用了未定义的类型CBed

        bed->Sleep的左边必须指向类/结构/联合/泛型类型

class CBed; // 盖房子时：现在先不买，肯定要买床的
class CHouse
{
    CBed* bed; // 我先给床留个位置
    // CBed bed; // 编译出错
public:
    CHouse(void);
    virtual ~CHouse(void);
    void GoToBed()
    {
        bed->Sleep();  // 编译出错，床都没买，怎么能睡
    }
};

3、在CBed定义之前调用CBed的析构函数

// House.h
class CBed; // 盖房子时：现在先不买，肯定要买床的
class CHouse
{
    CBed* bed; // 我先给床留个位置
    // CBed bed; // 编译出错
public:
    CHouse(void);
    virtual ~CHouse(void);
    void GoToBed();
    void RemoveBed()
    {
        delete bed; // 我不需要床了，我要把床拆掉。还没买怎么拆？
    }
};

// House.cpp
#include "Bed.h"
#include "House.h" // 等房子开始装修了，要买床了

CHouse::CHouse(void)
{
    bed = new CBed(); // 把床放进房子
}

CHouse::~CHouse(void)
{
    int i = 1;
}

void CHouse::GoToBed()
{
    bed->Sleep();
}

// Bed.h
class CBed
{
    int* num;
public:
    CBed(void);
    ~CBed(void);
    void Sleep();
};

// Bed.cpp
#include "Bed.h"

CBed::CBed(void)
{
    num = new int(1);
}

CBed::~CBed(void)
{
    delete num; // 调用不到
}

void CBed::Sleep()
{

}

//main.cpp
#include "House.h"

int main()
{
    CHouse house;
    house.RemoveBed();
}

前置声明解决两个类的互相依赖
接下来，给出开篇第一个问题的答案：

// A.h
class B;
class A
{
    B* b;
public:
    A(void);
    virtual ~A(void);
};

//A.cpp
#include "B.h"
#include "A.h"
A::A(void)
{
    b = new B;
}


A::~A(void)
{
}

// B.h
class A;
class B
{
    A a;
public:
    B(void);
    ~B(void);
};

// B.cpp
#include "A.h"
#include "B.h"
B::B(void)
{
    a = New A;
}


B::~B(void)
{
}

前置声明在友元类方法中的应用
《C++ Primer 4Edition》在类的友元一章节中说到，如果在一个类A的声明中将另一个类B的成员函数声明为友元函数F，那么类A必须事先知道类B的定义；类B的成员函数F声明如果使用类A作为形参，那么也必须知道类A的定义，那么两个类就互相依赖了。要解决这个问题必须使用类的前置声明。例如：

// House.h
#include "Bed.h"
class CHouse
{
    friend void CBed::Sleep(CHouse&);
public:
    CHouse(void);
    virtual ~CHouse(void);
    void GoToBed();
    void RemoveBed()
    {
    }
};

// House.cpp
#include "House.h"

CHouse::CHouse(void)
{
}

CHouse::~CHouse(void)
{
    int i = 1;
}

void CHouse::GoToBed()
{
}

// Bed.h
class CHouse;
class CBed
{
    int* num;
public:
    CBed(void);
    ~CBed(void);
    void Sleep(CHouse&);
};

// Bed.cpp
#include "House.h"
CBed::CBed(void)
{
    num = new int(1);
}

CBed::~CBed(void)
{
    delete num;
}

void CBed::Sleep(CHouse& h)
{

}