Урок №122. Классы и заголовочные файлы

  Юрий  | 

    | 

  Обновл. 16 Июн 2019  | 

 14615

 ǀ   7 

Все классы, которые мы использовали до сих пор, были достаточно простыми, поэтому мы записывали методы непосредственно внутри тела классов. Например:

Однако, как только классы становятся больше и сложнее, наличие всех методов внутри тела класса может затруднить его управление и работу с ним. Использование уже написанного класса требует понимания только его открытого интерфейса, а не того, как он реализован под капотом.

Отделение объявления от реализации

К счастью, C++ предоставляет способ отделить «объявление» от «реализации». Это делается путём определения методов вне тела самого класса. Для этого просто определите методы класса, как если бы они были обычными функциями, но в качестве префикса добавьте к имени функции имя класса с оператором разрешения области видимости : : (то же, что используется с пространствами имён).

Вот наш класс Date с конструктором Date и методом setDate(), определёнными вне тела класса. Обратите внимание, прототипы этих функций всё ещё находятся внутри тела класса, но их фактическая реализация находится за его пределами:

Просто, не так ли? Поскольку во многих случаях функции доступа могут состоять всего из одной строчки, то их обычно оставляют в теле класса, хотя переместить их за пределы класса можно всегда.

Вот ещё один пример класса с конструктором, определённым извне, со списком инициализации членов:

Конвертируем в:

Классы и заголовочные файлы


В уроке о заголовочных файлах мы узнали, что объявления функций можно поместить в заголовочные файлы, чтобы затем иметь возможность использовать эти функции в нескольких файлах или даже в нескольких проектах. Классы в этом плане ничем не отличаются от функций. Определения классов могут быть помещены в заголовочные файлы для облегчения их повторного использования в нескольких файлах или проектах. Обычно, определение класса помещается в заголовочный файл с тем же именем, что у класса, а методы, определённые вне тела класса, помещаются в файл .cpp с тем же именем, что у класса.

Вот наш Date, но уже разбитый на файлы .cpp и .h:

Date.h:

Date.cpp:

Теперь любой другой файл .h или .cpp, который захочет использовать класс Date, сможет просто #include "Date.h". Обратите внимание, Date.cpp также необходимо добавить к компиляции в проект, который использует Date.h, чтобы линкер смог разобраться с реализацией класса Date.

Вопрос №1: Разве определение класса в заголовочном файле не нарушает правило одного определения?

Нет. Классы — это пользовательские типы данных, которые освобождаются от определения только в одном месте. Поэтому класс, определённый в заголовочном файле, можно свободно подключать в другие файлы.

Вопрос №2: Разве определения методов класса в заголовочном файле не нарушает правило одного определения?

Методы, определённые внутри тела класса, считаются неявно встроенными. Встроенные функции освобождаются от правила одного определения. А это означает, что проблем с определением простых методов (таких как функции доступа) внутри самого класса возникать не должно.

Методы, определённые вне тела класса, рассматриваются как обычные функции и подчиняются правилу одного определения. Поэтому эти функции должны быть определены в файле .cpp, а не внутри .h. Единственное исключение: шаблоны функций, но об этом уже в следующей главе.

Параметры по умолчанию

Параметры по умолчанию для методов должны быть объявлены в теле класса (в заголовочном файле), где они будут видны всем, кто #include этот заголовочный файл с классом.

Библиотеки


Разделение объявления класса и его реализации очень распространено с библиотеками, которые используются для расширения возможностей вашей программы. Вы также подключали заголовочные файлы из стандартной библиотеки, такие как iostream, string, vector, array и другие. Обратите внимание, вы не добавляли iostream.cpp, string.cpp, vector.cpp или array.cpp в ваши проекты. Ваша программа нуждается только в объявлениях из заголовочных файлов, чтобы компилятор мог проверить корректность вашего кода в соответствии с правилами синтаксиса C++. Однако, реализации классов, находящихся в стандартной библиотеке, содержатся в предварительно скомпилированном файле, который добавляется на этапе линкинга. Вы никогда не видите этот код.

Вне программ с открытым исходным кодом (где предоставляются оба файла: .h и .cpp), большинство сторонних библиотек предоставляют только заголовочные файлы вместе с предварительно скомпилированным файлом библиотеки. На это есть несколько причин:

   На этапе линкинга быстрее будет подключить предварительно скомпилированную библиотеку, чем выполнять перекомпиляцию каждый раз, когда она нужна.

   Защита интеллектуальной собственности (создатели не хотят, чтобы другие просто «крали» их код).

Наличие собственных файлов, разделённых на объявление (файлы .h) и реализацию (файлы .cpp), является не только хорошей формой содержания кода, но и упрощает создание собственных пользовательских библиотек.

Заключение

Возможно, у вас возникнет соблазн поместить все определения методов класса в заголовочный файл внутри тела класса. Хотя это скомпилируется, но здесь есть несколько нюансов:

   Во-первых, как упоминалось выше, это приведёт к загромождению определения вашего класса.

   Во-вторых, функции, определённые внутри класса, являются неявно встроенными. Большие функции, которые вызываются из многих файлов, могут способствовать, таким образом, к «раздуванию» вашего кода.

   В-третьих, если вы измените что-либо в заголовочном файле, то вам нужно будет перекомпилировать каждый файл, содержащий этот заголовок. Это может иметь «эффект бабочки», когда одно незначительное изменение заставит перекомпилировать всю программу (что может быть достаточно медленно и долго). Если же вы изменили код в файле .cpp, то вам необходимо перекомпилировать только этот .cpp файл!

Поэтому рекомендуется следующее:

   Классы, используемые только в одном файле, и которые повторно не используются, определяйте непосредственно в файле .cpp, где они используются.

   Классы, используемые в нескольких файлах или предназначенные для повторного использования, определяйте в заголовочном файле с тем же именем, что у класса.

   Тривиальные методы (обычные конструкторы или деструкторы, функции доступа и т.д.) определяйте внутри тела класса.

   Нетривиальные методы определяйте в файле .cpp с тем же именем, что у класса.

В следующих уроках большинство наших классов будут определены в файле .cpp со всеми методами, реализованными непосредственно в теле класса. Это делается для удобства и лаконичности примеров. В реальных проектах лучше, когда классы помещаются в отдельные файлы .cpp и .h.


Оценить статью:

Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (62 оценок, среднее: 4,87 из 5)
Загрузка...

Комментариев: 7

  1. Аватар Александр:

    Спасибо Юра!

  2. Аватар Александр:

    Не очень понял обоснование рекомендацию "реализовывать тривиальные методы в определении класса".

    При таком подходе экономится пол строчки кода в файле .cpp, но при этом мы получаем полный набор недостатков, которые устраняет разделение описаний и реализаций.

    Ведь от того, что программист решит внести копеечное изменение в тривиальный метод (а не "тяжелый") все файлы, которые инклюдят .h не перестанут перекомпилироваться заново…

    Да и помимо объема кода на работу с ним очень сильно влияет "ожидаемость". Намного проще ожидать найти реализацию в .cpp, а не задаваться каждый раз вопросом "достаточно ли этот метод нетривиален, чтобы его запихнули в .cpp, или его лучше поискать в .h?"

  3. Аватар adygha:

    >Классы, используемые в нескольких файлах или предназначенные для повторного использования, определяйте в заголовочном файле с тем же именем, что у класса

    Здесь опечатка? Вместо "определяйте" должно быть "объявляйте"?
    Т.е. объявление класса пихается в файл с тем же именем и расширением .h, а определение в файл с расширением .cpp

    1. Юрий Юрий:

      Нет, определяйте, всё верно. Под "определением" имеется в виду объявляение класса и определение его методов. Если методы не являются тривиальными, тогда их уже выносят в отдельный .cpp файл. И даже в такой ситуации, определение не является объявлением, если в классе реализованы (определены) тривиальные методы. Объявление — это когда объявляется класс и его методы, а определение выносится в отдельный файл. Если же часть методов определена в классе, то это определение, а не объявление класса.

  4. Аватар Oleksiy:

    Не понятно, что означает символ "&" в этом выражении:

    Это ссылка на функцию add? Тогда почему значек стоит в конце Matem, а не в начале add?

    1. Аватар Keyrus:

      Это значит, что функция add возвращает значение типа "ссылка на тип Mathem".

    2. Аватар Александр:

      это вопрос стилистики. С точки зрения компилятора Вы можете тулить & и к имени функции и вообще с двух сторон выделить разделителями.

      Для переменных более принято прицеплять & или * к самой переменной, подчеркивая, что именно эта переменная является ссылкой или указателем
      Для функций — & или * цепляются к типу, чтобы подчеркнуть, что это не ссылка или указатель на функцию, а что тип возвращаемого значения ссылочный или указатель.

      Еще раз — на выполнение кода это никак не влияет, просто вопрос семантики. Когда привыкните так воспринимать, то за такие расстановки знаков тут же цепляется взгляд и "все мне ясно стало теперь"

Добавить комментарий

Ваш E-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *