(转)正确使用#include和前置声明(forward declaration)

差不多一年时间没用过C++写过程序了,由于工作的需要,我又回到了C++的阵形。在工作的过程中遇到了很多麻烦，当我往工程里加一个类，而且那个类又与工程里的类相关，如有那个类型的成员变量。情况如下

//////A.h///////////

class A

{

.......

};

////////B.h//////////

class B:A

{

....

A member;

}

结果，编译就会出错，说找不到类形A。解决的办法是在B.h里#include “A.h”。但是有时候不用#include “A.h”，只要在classB:A前加class A;就可以了。更严重的是不但要#include “A.h”，还要class A;。

起初觉得没问题，因为这样搞来搞去总会编译通过的，而且不会让程序变大，因为有#ifndef...#endif和#pragma once控制。直到有一次，我需要那些常量放到一个文件中“const.h”，然后include到其它需要它的类中，结果怎么也编译不成功（因为文件多了，而且每个文件都这样互相include，把我也蒙了）

直到今天终于从《Effective C++》里找到原理。现向大家分享一下，首先我以下面这个类结构作例子。（先不管我为什么不加一个Woman，为什么Man就有child，我只是作例子解说，绝没有性别歧视。

代码如下：
////////////main.h//////////////
#include "stdafx.h"
#include "man.h"
int main(){
    Man m;
    return 0;
}
////////////Person.h/////////////
#pragma once
class Person
{
public:
    Person(void);
    ~Person(void);
};
////////Person.cpp///////////
#include "StdAfx.h"
#include ".\person.h"
Person::Person(void){
}
Person::~Person(void){
}
/////////Man.h///////////
#pragma once
#include "person.h"
class Man : public Person
{
public:
    Man(void);
    ~Man(void);
private:
    Person child;
};
/////////////Man.cpp//////////////
#include "StdAfx.h"
#include ".\man.h"
Man::Man(void){
}
Man::~Man(void){
}

/////////Man.h/////////// #pragma once //#include "person.h"        //去掉 class Man : public Person { public:     Man(void);     ~Man(void); private:     Person child; };	/////////Man.h/////////// #pragma once //#include "person.h"   //去掉 class Person;           //加入 class Man:public Person { public:     Man(void);     ~Man(void); private:     Person child; };
error C2504: “Person” : 未定义基类	error C2504: “Person” : 未定义基类
/////////Man.h/////////// #pragma once //#include "person.h"   //去掉 class Person;           //加入 class Man:public Person { public:     Man(void);     ~Man(void); private:     Person *child;      //改为指针 };	/////////Man.h/////////// #pragma once //#include "person.h"   //去掉 class Person;           //加入 class Man               //去掉:Person { public:     Man(void);     ~Man(void); private:     Person *child;      //改为指针 };
error C2504: “Person” : 未定义基类	编译通过

要讲解上面的代码还要一些预备知备，看下面代码：
int main()
{
    int x;
    Person p;//用C++时编译不通过;
}
当编译器看到x定义式时，它们知道必须配置足够的空间以放置一个int。没问题，每个编译器都知道int有多大。然而当编译器看到p的定义式时，虽然它们也知道必须配置足够空间以放置一个Person，但一个Person对象有多大呢？编译器获得这项信息的唯一办法就是询问class定义式。然而class的定义式可以合法地不列出实现细节（如：
只写出class Person;）那么编译器又如何知道该配置多少空间呢？
    对Java等语言对此问题的解法是，当程序定义出一个对象时，只配置足够空间给一个“指向该对象的指针”使用，如
public Person;
public static void main(String[] args)
{
    Person p;
}
    对于C++就如下那样：
class Person;
int main()
{
    Person *p;//编译器当要配置一个指针大小的空间的指针给p就可以了。
    //Person &p2; 这个理论上也可以，但references object必须“言之有物”
    return 0;
}
    看回刚才那段代码为什么“Person p;//用C++时编译不通过;”呢？因为它要调用Person constructor。那就是Person的实现细节。
    
    现在可以解说上面的表格了，我的目的是 去掉#include “Person.h”并加入class Person; 所以要做有：
1.     将Person child改为Person *child。因为child也是Man的成员，Man的大小与Child相关，而child不是内部类型，它的大小编译器不知道。
2.     将:public Person去掉。因为Man继承Person，所以编译器也要知道Person是怎样实现的，那样才能构造出正确的Man来（为了编译成功，我忍痛割爱了）。
 
同时我也要对原码作一下解释：
/////////Man.h///////////
#pragma once
#include "person.h"
class Man : public Person
{
public:
    Man(void);
    ~Man(void);
private:
    Person child;
};
    这里#include “person.h”不但包含了Person的定义，也包含了Person的实现细节，所以是编译成功的。

结论：

1.     当不需要调用类的实现时，包括constructor，copy constructor,assignment operator,member function，甚至是address-of operator时，就不用#include，只要forward declaration就可以了。

2.       当要用到类的上面那些“方法”时，就要#include

 

扩充：

    为了加深认识，我分享遇到的另一情况。

////////////Person.h///////////// #pragma once class Person { public:     Person(void);     ~Person(void);     virtual void addChild(Person p) = 0;//将Person变为抽象类 };	/////////Man.h/////////// #pragma once //#include "person.h"   //去掉 class Person;           //加入 class Man               //去掉:Person { public:     Man(void);     ~Man(void); private:     Person *child;     void addChild(Person p);//相应地在Man.cpp中加上这个空函数 };
	error C2259: “Person” : 不能实例化抽象类
/////////Man.h/////////// #pragma once #include "person.h"    //加回来 class Person;      //加不加入也没所谓 class Man               //去掉:Person { public:     Man(void);     ~Man(void); private:     Person *child;     void addChild(Person p);//相应地在Man.cpp中加上这个空函数 };	/////////Man.h/////////// #pragma once #include "person.h"    //加回来 class Person;      //加不加入也没所谓 class Man               //去掉:Person { public:     Man(void);     ~Man(void); private:     Person *child;     void addChild(Person *p);//将形参变为Person* };
error C2259: “Person” : 不能实例化抽象类	编译成功
/////////Man.h/////////// #pragma once #include "person.h"    //加回来 class Person;      //加不加入也没所谓 class Man               //去掉:Person { public:     Man(void);     ~Man(void); private:     Person *child;     void addChild(Person &p);//将形参变为Person& };
编译成功

为什么出现不能实例化抽象类？我并没有实例化过它。

       这是参数的传递问题。当一个变量传给函数时，我们说是实参传给形参（pass-by-value），形参是通过copy constructor建立的，所以就是实例化了一个抽象类。而pass-by-reference和传指针就没问题了。（全文完）

 

参考资料：

候捷：《Effective C++》