C++. Сборник рецептов - [49]

2.2. Обеспечение единственности экземпляра переменной при большом количестве исходных файлов

Проблема

Требуется, чтобы одна и та же переменная использовалась различными модулями программы, а копия переменной должна быть только одна. Другими словами, это должна быть глобальная переменная.

Решение

Объявите и определите как обычно переменную в одном файле реализации, а в других файлах реализации, где требуется доступ к этой переменной, используйте ключевое слово extern. Часто это означает включение объявлений extern в заголовочные файлы, используемые файлами реализаций, которым требуется доступ к глобальной переменной. Пример 2.3 содержит несколько файлов, которые показывают, как используется ключевое слово extern для доступа к переменным, определенным в другом файле реализации.

Пример 2.3. Использование ключевого слова extern

// global.h
#ifndef GLOBAL_H__ // см. рецепт 2.0
#define GLOBAL_H__

#include

extern int x;
extern std::string s;
#endif

// global.cpp
#include

int x = 7;
std::string s = "Kangaroo";

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

using namespace std;
int main() {
 cout << "x = " << x << endl;
 cout << "s = " << s << endl;
}

Обсуждение

Ключевое слово extern — это способ сказать компилятору, что реальная область памяти для переменной выделяется в другом месте, extern говорит компоновщику, что переменная описана где-то в другом объектном файле и что компоновщик должен найти ее при создании конечного исполняемого файла или библиотеки. Если компоновщик не находит переменной, объявленной как extern, или если он находит более одного ее определения, он генерирует ошибку компоновки.

Пример 2.3 не слишком впечатляет, но он хорошо иллюстрирует вопрос. Две мои глобальные переменные объявляются в global.cpp:

int x = 7;
std::string s = "Kangaroo";

Мне требуется доступ к ним из других файлов реализации, так что я поместил в заголовочный файл global.h объявление extern для них:

extern int x;

extern std::string s;

Разница между объявлением и определением очень важна. В C++ можно объявить что-либо несколько раз, при условии совпадения объявлений, но определить что-либо можно только один раз. Это называется правилом одного определения (на самом деле в некоторых случаях определить объект можно несколько раз, но только если определения абсолютно идентичны — обычно это бессмысленно). Ключевое слово extern — это механизм, позволяющий сказать компилятору и компоновщику, что определение находится где-то еще и что оно должно быть разрешено при компоновке.

Нельзя сказать, что использование extern должно быть постоянным. Его следует использовать обдуманно и только тогда, когда это необходимо, так как оно позволяет создавать переменные, глобальные для всего приложения. Иногда оно может потребоваться для поистине глобальных объектов или данных — объекта журналирования, оборудования, большого объекта общих данных, но в большинстве случаев имеются более адекватные альтернативы.

2.3. Снижение числа #include с помощью предварительного объявления классов

Проблема

Имеется заголовочный файл, который ссылается на классы из других заголовочных файлов, и требуется снизить зависимости компиляции (и, возможно, время).

Решение

Чтобы избежать ненужных зависимостей при компиляции, везде, где только возможно, используйте предварительное объявление классов. Пример 2.4. является коротким примером предварительного объявления класса.

Пример 2.4. Предварительное объявление класса

// myheader.h
#ifndef MYHEADER_H__
#define MYHEADER_H__

class A; // заголовок для А включать не требуется

class В {
public:
 void f(const A& a);
 // ...
private:
 A* a_;
};
#endif

Где-то в другом месте имеется заголовочный файл и, вероятно, файл реализации, который объявляет и определяет класс А, но в файле myheader.h подробности класса А меня не волнуют: все, что мне требуется знать, — это то, что А — это класс.

Обсуждение

Предварительное объявление класса — это способ игнорировать подробности, о которых не требуется беспокоиться. В примере 2.4 myheader.h не должен знать о классе А ничего, кроме того, что он существует и что это класс.

Рассмотрим, что случится, если с помощью #include включить заголовочный файл для А, или, что более реально, заголовочный файл для полудюжины или более классов, присутствующих в реальном заголовочном файле. Тогда файл реализации (myheader.cpp) будет включать заголовочный файл myheader.h, так как он содержит все объявления. До сих пор все было хорошо. Но если вы измените один из заголовочных файлов, включаемых в myheader.h (или один из заголовочных файлов, включаемых одним из этих файлов), то потребуется перекомпилировать все файлы реализации, включающие myheader.h.

Создайте предварительное объявление класса, и эти зависимости компиляции исчезнут. Использование предварительного объявления просто создает имя, на которое можно ссылаться далее в заголовочном файле. Компоновщик должен будет сам найти в файлах реализаций подходящее определение.

К несчастью, использовать предварительное объявление можно не всегда. Класс В в примере 2.4 использует только указатели или ссылки на