面试题：C++ 函数声明与定义分离在多文件项目中的复杂应用

Question

在一个多文件 C++ 项目中，有一个 `math_operations` 模块，需要实现加、减、乘、除四个基本运算函数。请设计合理的头文件和源文件结构，将函数声明与定义分离，并处理可能出现的头文件重复包含问题。同时，阐述如何在其他模块中正确调用这些函数。

Answer 1

1. 头文件和源文件结构设计

头文件（math_operations.h）

#ifndef MATH_OPERATIONS_H
#define MATH_OPERATIONS_H

// 函数声明
double add(double a, double b);
double subtract(double a, double b);
double multiply(double a, double b);
double divide(double a, double b);

#endif // MATH_OPERATIONS_H

这里使用 #ifndef、#define 和 #endif 预处理指令来防止头文件的重复包含。

源文件（math_operations.cpp）

#include "math_operations.h"

// 加法函数定义
double add(double a, double b) {
    return a + b;
}

// 减法函数定义
double subtract(double a, double b) {
    return a - b;
}

// 乘法函数定义
double multiply(double a, double b) {
    return a * b;
}

// 除法函数定义，考虑除数为零的情况
double divide(double a, double b) {
    if (b == 0) {
        // 这里可以选择抛出异常或者返回一个特殊值，例如 std::numeric_limits<double>::quiet_NaN()
        throw std::invalid_argument("除数不能为零");
    }
    return a / b;
}

2. 在其他模块中调用这些函数

假设在另一个模块 main_module.cpp 中调用 math_operations 模块的函数，代码如下：

#include <iostream>
#include "math_operations.h"

int main() {
    double num1 = 10.0;
    double num2 = 5.0;

    std::cout << "加法结果: " << add(num1, num2) << std::endl;
    std::cout << "减法结果: " << subtract(num1, num2) << std::endl;
    std::cout << "乘法结果: " << multiply(num1, num2) << std::endl;

    try {
        std::cout << "除法结果: " << divide(num1, num2) << std::endl;
    } catch (const std::invalid_argument& e) {
        std::cerr << "错误: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

在其他模块中，只需要包含 math_operations.h 头文件，就可以调用其中声明的函数。在编译时，需要将 math_operations.cpp 和调用模块的源文件（如 main_module.cpp）一起编译链接，以确保函数的定义能被找到。例如，在命令行下使用 g++ main_module.cpp math_operations.cpp -o main 进行编译链接，生成可执行文件 main。