为什么我要编译 2 个 C/++ 源文件而不是使用头文件？答案

【问题标题】：Why would I compile 2 C/++ source files instead of using a header file?为什么我要编译 2 个 C/++ 源文件而不是使用头文件？
【发布时间】：2020-10-24 15:16:25
【问题描述】：

我最近开始学习 makefile，我正在观看的视频包括两个源文件和一个头文件的编译。在头文件中定义了一个类，该类包含在两个源文件中。该类的方法在一个源文件中定义，并在第二个源文件（main.cpp）中调用。为什么我需要有 2 个源文件 (.c/.cpp)？

【问题讨论】：

你明白为什么你应该把代码分成标题和源代码吗？一旦你这样做了，你也会知道为什么你不想把所有东西都放在标题中。
@idclev463035818 你能解释一下为什么我应该把标题和源分开吗？据我了解，这是出于组织目的。
在预处理过程中将标头复制到源文件中。结果是一个输入编译器的庞大文件。如果一切都在标题中，那么每次您进行更改时，都会构建一个文件。它将包括项目的标头价值，并且一个更改会导致所有文件都被重新编译。这会非常耗时。
阅读How does the compilation/linking process work?。当你完成后，剩下的应该是有意义的。如果您有一个标识符多次存在，链接器将不知道它应该使用哪个标识符。如果您有两个带有main 的文件，这两个文件都会编译，但链接器无法选择使用哪一个。
将实际方法和函数实现放入头文件中，当目标文件链接在一起时，可能会存在相同方法或函数的多个实例。这可能会显着增加大型代码基线的编译时间，因为必须多次编译相同的函数或方法。如果使用这样的方案，如果函数或方法的多个实例可用，也可能会引发各种微妙的问题。

标签： c++ c makefile header-files

【解决方案1】：

人类的大脑一次无法容纳太多信息，因此我们将事物分割成更小的、合乎逻辑且连贯的片段。

好的。因此，一个 main.cpp 包含程序中的数十个或数百个或数千个文件，所有文件都在合理大小的头文件中实现，每个包含一个概念或聚合更多头文件，如果一个概念过于宽泛而难以描述1 在单个标题中。问题解决了，对吧？对。但这只是一个问题。

资源消耗呢？

在继续之前阅读How does the compilation/linking process work? 会很有帮助。

在预处理期间，每个包含语句都将替换为包含文件的内容。结果是一个输入编译器的庞大文件。这会占用大量内存。此外，如果一个文件包含所有内容作为标题，那么每次您进行更改时，无论多么小，都需要构建这个文件。它将包括项目的标头价值，并且一个更改会导致所有文件都被重新编译。这会非常耗时。

内存越来越便宜，因此限制第一个资源并不像 1970 年代发明所有这些时那样重要²。还时不时抬起它丑陋的脑袋。这就是为什么我在一台又大又胖的 PC 上交叉编译而不是直接在 Raspberry Pi 上构建代码的原因。

时间不会变得更便宜。从来没有，永远不会。

但是如果您遵循最佳实践并且标头包含一个接口（它的作用）而不是一个实现（它是如何实现的），您会发现标头并没有太大变化。大部分时间发生变化的是实现文件中的操作方法细节。一个小的更改仅限于提供该更改行为的一个实现文件。可能这是唯一需要重新编译的文件。这是从每次一个文件到每次一两个文件的巨大改进。

在极少数情况下界面发生变化，好吧，你把它搞砸了。

¹ 因为这就是代码：对行为的描述。它不是计算机要执行的指令列表——这是编译器的输出——它是对程序行为的描述。编译器的工作是将您的描述转化为指令。

²这也解释了为什么用最近创建的语言构建要简单得多³。在 1/2 K 内存和千赫频率的 CPU 的辉煌岁月里，他们没有留下任何包袱。他们也从很多错误中吸取了教训。

³ 无论如何，对于最终用户。现代构建系统的后端是一些疯狂的代码，伙计。

【讨论】：

【解决方案2】：

每次您对头文件进行任何更改时，包含它的每个文件都必须重新编译，但如果您更改源文件仅该源文件需要重新编译。

在处理非平凡规模的项目时，这可以显着减少编译时间。由于您的大部分工作通常是在实现方面完成的，因此对头文件的修改不如对源文件的频繁修改，因此大多数重新编译都将本地化。

出于可导航性的原因，您还需要将源代码拆分为单独的文件。处理一个超过 2000 行的源文件比处理 10 个大约 200 行的文件要麻烦得多。当版本控制启动并且您在团队中工作时，这一点更为重要，因为这样可以减少合并冲突。

想象一下，如果 Chrome 只是一个单一的 .cpp 文件。即使对它进行最微不足道的更改也需要重新编译整个东西，即使在装备精良的机器上也需要 6-12 个小时。相比之下，编译单个源文件并重新链接只需几分钟。

在实践中，通常每个源文件都有一个类和相应的头文件。函数在逻辑上组合成集合，每个集合在它们自己的一对头文件/源文件中。

【讨论】：