详解C++ 类的前置声明的使用


刚开始学习C++的人都会遇到这样的问题：
定义一个类 class A，这个类里面使用了类B的对象b，然后定义了一个类B，里面也包含了一个类A的对象a，就成了这样：

//a.h  
#include "b.h"  
class A  
{  
....  
private:  
    B b;  
};  


//另一个头文件  b.h  
#include "a.h"  
class B  
{  
....  
private:  
    A a;  
};

一编译，就出现了一个互包含的问题了，这时就有人跳出来说，这个问题的解决办法可以这样，在a.h文件中声明类B，然后使用B的指针。

//a.h   
//#include "b.h"  
class B;   
class A   
{  
 ....   
private:  
 B *b;   
};   


//b.h   
#include "a.h"   
class B  
{  
 ....   
private:  
 A a;   
};

然后，问题就解决了。

但是，有人知道问题是为什么就被解决的吗，也就是说，加了个前置声明为什么就解决了这样的问题。下面，让我来探讨一下这个前置声明。

类的前置声明是有许多的好处的。我们使用前置声明的一个好处是，从上面看到，当我们在类A使用类B的前置声明时，我们修改类B时，只需要重新编译类B，而不需要重新编译a.h的（当然，在真正使用类B时，必须包含b.h）。

另外一个好处是减小类A的大小，上面的代码没有体现，那么我们来看下：

//a.h  
class B;  
class A  
{  
    ....  
private:  
    B *b;  
....  
};  



//b.h  
class B  
{  
....  
private:  
    int a;  
    int b;  
    int c;  
};

我们看上面的代码，类B的大小是12（在32位机子上）。
如果我们在类A中包含的是B的对象，那么类A的大小就是12（假设没有其它成员变量和虚函数）。如果包含的是类B的指针*b变量，那么类A的大小就是4，所以这样是可以减少类A的大小的，特别是对于在STL的容器里包含的是类的对象而不是指针的时候，这个就特别有用了。

在前置声明时，我们只能使用的就是类的指针和引用（因为引用也是居于指针的实现的）。

那么，问你一个问题，为什么前置声明只能使用类型的指针和引用呢？

如果你回答到：那是因为指针是固定大小，并且可以表示任意的类型，那么可以给你80分了。为什么只有80分，因为还没有完全回答到。想要更详细的答案，我们看下下面这个类：

class A  
{  
public:  
    A(int a):_a(a),_b(_a){} // _b is new add  

    int get_a() const {return _a;}  
    int get_b() const {return _b;} // new add  
private:  
    int _b; // new add  
    int _a;  
};

我们看下上面定义的这个类A，其中_b变量和get_b()函数是新增加进这个类的。
那么我问你，在增加进_b变量和get_b()成员函数后这个类发生了什么改变，思考一下再回答。

好了，我们来列举这些改变：

  1. 增加了_b变量和get_b()成员函数；
  2. 这个类的大小改变了，原来是4，现在是8。
  3. 成员_a的偏移地址改变了，原来相对于类的偏移是0，现在是4了。

上面的改变都是我们显式的、看得到的改变。还有一个隐藏的改变，想想是什么。。。
这个隐藏的改变是类A的默认构造函数和默认拷贝构造函数发生了改变。
由上面的改变可以看到，任何调用类A的成员变量或成员函数的行为都需要改变，因此，我们的a.h需要重新编译。

如果我们的b.h是这样的：

//b.h  
#include "a.h"  
class B  
{  
...  
private:  
    A a;  
};

那么我们的b.h也需要重新编译。

如果是这样的：

//b.h  
class A;  
class B  
{  
...  
private:  
    A *a;  
};

那么我们的b.h就不需要重新编译。

像我们这样前置声明类A：

class A;

是一种不完整的声明，只要类B中没有执行需要了解类A的大小或者成员的操作，则这样的不完整声明允许声明指向A的指针和引用。
而在前一个代码中的语句

A a;

是需要了解A的大小的，不然是不可能知道如果给类B分配内存大小的，因此不完整的前置声明就不行，必须要包含a.h来获得类A的大小，同时也要重新编译类B。

再回到前面的问题，使用前置声明只允许的声明是指针或引用的一个原因是只要*这个声明没有执行需要了解类A的大小或者成员的操作就可以了，所以声明成指针或引用是没有执行需要了解类A的大小或者成员的操作的。

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C++ Primer Plus 第6版 中文版 清晰有书签PDF+源代码

读C++ Primer 之构造函数陷阱

读C++ Primer 之智能指针

读C++ Primer 之句柄类

将C语言梳理一下，分布在以下10个章节中：

  1. Linux-C成长之路（一）：Linux下C编程概要
  2. Linux-C成长之路（二）：基本数据类型
  3. Linux-C成长之路（三）：基本IO函数操作
  4. Linux-C成长之路（四）：运算符
  5. Linux-C成长之路（五）：控制流
  6. Linux-C成长之路（六）：函数要义
  7. Linux-C成长之路（七）：数组与指针
  8. Linux-C成长之路（八）：存储类，动态内存
  9. Linux-C成长之路（九）：复合数据类型
  10. Linux-C成长之路（十）：其他高级议题

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