Вопрос или проблема
Я пытаюсь понять, почему два взаимно включаемых заголовка (каждый заголовок включает другой) не работают так, как вы могли бы ожидать. Мне было интересно, правильны ли мои рассуждения:
Если у вас есть FooHeader.h:
#pragma once
#include "BarHeader.h"
struct Foo { Bar bar; };
И BarHeader.h:
#pragma once
#include "FooHeader.h"
struct Bar { Foo foo; };
Причина, по которой это может не скомпилироваться, заключается в следующем:
Допустим, у вас есть main.cpp, который:
#include "BarHeader.h"
int main() { }
Теперь препроцессор выполняет свою работу, заменяет “BarHeader.h” так, чтобы она выглядела так:
|remove|
#include "BarHeader.h"
|add|
#include "FooHeader.h"
struct Bar { Foo foo; };
int main() {}
Хорошо, это шаг 1. Но у препроцессора все еще есть работа, чтобы заменить “FooHeader.h”, так что следующий шаг будет:
|remove|
#include "FooHeader.h"
|add|
#include "BarHeader.h"
struct Foo { Bar bar; }
struct Bar { Foo foo; }
int main() {}
Теперь файл выглядит так:
#include "BarHeader.h"
struct Foo { Bar bar; }
struct Bar { Foo foo; }
int main() {}
У него все еще есть include, НО, так как этот заголовочный файл уже был включен, он не включает его снова, так что конечный результат будет:
struct Foo { Bar bar; }
struct Bar { Foo foo; }
int main() {}
Вот почему возникают проблемы с компиляцией, верно?
Неужели это не решилось бы, если бы препроцессор просто переместил уже включенный заголовок на место его самого верхнего/первого появления в файле? То есть что-то вроде: “Я вижу, что уже включил тебя, но ты был включен здесь, так что я перемещу его сюда, и тогда все будет в порядке.”? Это решило бы проблему, верно?
#include "BarHeader.h"
int main() { }
превращается в
// #include "BarHeader.h"
#pragma once // BarHeader
#include "FooHeader.h"
struct Bar { Foo foo; };
int main() { }
Затем мы расширяем директиву #include
// #include "BarHeader.h"
#pragma once // BarHeader
// #include "FooHeader.h"
#pragma once // FooHeader
#include "BarHeader.h"
struct Foo { Bar bar; };
struct Bar { Foo foo; };
int main() { }
теперь мы расширяем #include "BarHeader.h" – это ничего не делает, потому что #pragma once "BarHeader.h" уже был оценен, и мы включили "BarHeader.h".
// #include "BarHeader.h"
#pragma once // BarHeader
// #include "FooHeader.h"
#pragma once // FooHeader
// #include "BarHeader.h"
struct Foo { Bar bar; };
struct Bar { Foo foo; };
int main() { }
и мы получаем ошибку.
Ваше правило “переместить в самое раннее место” не имеет смысла – мы уже находимся в процессе BarHeader.h, когда сталкиваемся с другим include BarHeader.h. Вы не можете “перемотать” его.
Методы для решения этой проблемы легко понять.
Более того, ваш конкретный пример невозможно решить никаким порядком заголовков. Вы не можете иметь класс A внутри класса B, потому что классы в C++ являются фактическими экземплярами класса, а не ссылками на класс (как в C#/Java и т.д.).
Правила предварительного объявления на самом деле существуют, чтобы помочь избежать круговых определений структуры.
Ответ или решение
Вопрос о том, почему проект может не компилироваться при взаимном включении заголовков, особенно актуален для разработчиков, работающих с языком программирования C++. Давайте подробно рассмотрим основные причины, по которым это происходит, а также подходы к решению данной проблемы.
Анализ проблемы
Когда у вас есть два заголовочных файла, которые включают друг друга, происходит так называемая "циклическая зависимость". В приведенном вами примере у нас есть два заголовка:
-
FooHeader.h:
#pragma once #include "BarHeader.h" struct Foo { Bar bar; }; -
BarHeader.h:
#pragma once #include "FooHeader.h" struct Bar { Foo foo; };
Как работает препроцессор
Когда компилятор обрабатывает main.cpp, который включает BarHeader.h, препроцессор начинает разворачивать зависимости. Первым делом он включает содержимое BarHeader.h, что приводит к включению FooHeader.h, где находится определение структуры Foo. Однако внутренняя часть FooHeader.h также пытается включить BarHeader.h, тем самым создавая циклическую ссылку.
Вот как это происходит пошагово:
main.cppвключаетBarHeader.h.- Препроцессор находит
BarHeader.hи включает его содержимое. - Внутри
BarHeader.hесть#include "FooHeader.h", и снова идет замена. - Теперь начинает обрабатываться
FooHeader.h, который включаетBarHeader.h, и процесс повторяется.
Проблема с определения типов
На этом этапе возникает основная проблема: в Foo { Bar bar; } структура Bar уже определена. Однако, когда компилятор видит struct Bar { Foo foo; };, он сталкивается с тем, что Foo в своем определении ссылается на Bar, создавая циклическую зависимость.
Как можно решить эту проблему
Для решения проблемы циклической зависимости в C++ рекомендуется использовать предварительное объявление. Это позволяет компилятору знать, что такая структура уже существует, и избежать необходимости загружать полное определение при каждом включении.
Вот как можно изменить ваши заголовочные файлы:
-
В FooHeader.h:
#pragma once struct Bar; // Предварительное объявление структуры Bar struct Foo { Bar* bar; // Используйте указатель на Bar, чтобы избежать циклической зависимости }; -
В BarHeader.h:
#pragma once struct Foo; // Аналогично, предварительное объявление структуры Foo struct Bar { Foo* foo; // Используйте указатель на Foo };
Заключение
Как мы видим, проблема взаимного включения заголовков, действительно, может привести к ошибкам компиляции, связанным с циклическими зависимостями между структурами. Использование предварительных объявлений является эффективным способом управления этими зависимостями и позволяет компилятору работать более эффективно, минимизируя вероятность возникновения ошибок.
Таким образом, мучительный процесс компиляции можно упростить, используя предобъявления и избегая взаимных включений заголовков. Это значительно улучшит читаемость кода и упростит его поддержку.