2.6.3. Создание собственных файлов заголовка

Как будет продемонстрировано в разделе 19.7, класс можно определить в функции, однако такие классы ограничены по функциональным возможностям. Поэтому классы обычно не определяют в функциях. При определении класса за пределами функции в каждом файле исходного кода может быть только одно определение этого класса. Кроме того, если класс используется в нескольких разных файлах, определение класса в каждом файле должно быть тем же.

Чтобы гарантировать совпадение определений класса в каждом файле, классы обычно определяют в файлах заголовка. Как правило, классы хранятся в заголовках, имя которых совпадает с именем класса. Например, библиотечный тип string определен в заголовке string. Точно так же, как уже было продемонстрировано, наш класс Sales_data определен в файле заголовка Sales_data.h.

Заголовки (обычно) содержат сущности (такие как определения класса или переменных const и constexpr (см. раздел 2.4), которые могут быть определены в любом файле только однажды. Однако заголовки нередко должны использовать средства из других заголовков. Например, поскольку у класса Sales_data есть член типа string, заголовок Sales_data.h должен включать заголовок string. Как уже упоминалось, программы, использующие класс Sales_data, должны также включать заголовок string, чтобы использовать член bookNo. В результате использующие класс Sales_data программы будут включать заголовок string дважды: один раз непосредственно и один раз как следствие включения заголовка Sales_data.h. Поскольку заголовок мог бы быть включен несколько раз, код необходимо писать так, чтобы обезопасить от многократного включения.

После внесения любых изменений в заголовок необходимо перекомпилировать все использующие его файлы исходного кода, чтобы вступили в силу новые или измененные объявления.

Краткое введение в препроцессор

Наиболее распространенный способ обезопасить заголовок от многократного включения подразумевает использование препроцессора. Препроцессор (preprocessor), унаследованный языком С++ от языка С, является программой, которая запускается перед компилятором и изменяет исходный текст программ. Наши программы уже полагаются на такое средство препроцессора, как директива #include. Когда препроцессор встречает директиву #include, он заменяет ее содержимым указанного заголовка.

Программы С++ используют также препроцессор для защиты заголовка (header guard). Защита заголовка полагается на переменные препроцессора (см. раздел 2.3.2). Переменные препроцессора способны находиться в одном из двух состояний: она либо определена, либо не определена. Директива #define получает имя и определяет его как переменную препроцессора. Есть еще две директивы, способные проверить, определена ли данная переменная препроцессора или нет. Директива #ifdef истинна, если переменная была определена, а директива #ifndef истинна, если переменная не была определена. В случае истинности проверки выполняется все, что расположено после директивы #ifdef или #ifndef и до соответствующей директивы #endif.

Эти средства можно использовать для принятия мер против множественного включения следующим образом:

#ifndef SALES_DATA_H

#define SALES_DATA_H

#include <string>

struct Sales_data {

 std::string bookNo;

 unsigned units_sold = 0;

 double revenue = 0.0;

#endif

При первом включении заголовка Sales_data.h директива #ifndef истинна, и препроцессор обработает строки после нее до директивы #endif. В результате переменная препроцессора SALES_DATA_H будет определена, а содержимое заголовка Sales_data.h скопировано в программу. Если впоследствии включить заголовок Sales_data.h в тот же файл, то директива #ifndef окажется ложна и строки между ней и директивой #endif будут проигнорированы.

Имена переменных препроцессора не подчиняются правилам областей видимости языка С++.

Переменные препроцессора, включая имена для защиты заголовка, должны быть уникальными во всей программе. Обычно мы гарантируем уникальность имен защиты заголовка, включая в него имя класса. Чтобы избежать конфликта имен с другими сущностями программы, имена переменных препроцессора обычно пишут полностью в верхнем регистре.

У заголовков должна быть защита, даже если они не включаются в другие заголовки. Защита заголовка проста в написании, и при привычном их определении не нужно размышлять, нужны они или нет.

Упражнения раздела 2.6.3

Упражнение 2.42. Напишите собственную версию заголовка Sales_data.h и используйте его для новой версии упражнения из раздела 2.6.2.