面试题：C++ 头文件声明类与实现文件定义类的基础差异

Question

在C++中，阐述头文件声明类和实现文件定义类分别起到什么作用？并举例说明头文件中只声明类而不在其中定义成员函数，这样做有哪些优点？

Answer 1

头文件声明类和实现文件定义类的作用

1. 头文件声明类的作用
   • 提供类的接口：头文件包含类的声明，它向其他代码模块展示了该类的结构，包括类的成员变量和成员函数的签名。其他源文件通过包含这个头文件，就可以知道如何使用这个类，例如创建类的对象，调用类的成员函数等。
   • 实现代码复用：多个源文件可以包含同一个头文件，从而复用该类的接口信息，减少重复代码的编写。
2. 实现文件定义类的作用
   • 封装类的实现细节：实现文件包含类成员函数的具体定义，将类的实现细节与接口分离。这样，当类的实现发生变化时，只要接口不变（即头文件不变），使用该类的其他代码不需要重新编译，提高了代码的可维护性。
   • 提高编译效率：如果把类的所有成员函数定义都放在头文件中，当一个源文件包含该头文件时，每次编译这个源文件，都要重新编译这些函数定义。而将成员函数定义放在实现文件中，只有实现文件本身需要编译这些函数定义，其他包含头文件的源文件编译时不需要重复编译函数体，加快了编译速度。

头文件中只声明类而不在其中定义成员函数的优点

1. 减少编译依赖：如果在头文件中定义成员函数，当成员函数的实现改变时，所有包含该头文件的源文件都需要重新编译。而只在头文件中声明，实现放在实现文件中，只要头文件的接口不变，即使成员函数实现改变，其他源文件也无需重新编译，提高了编译效率。
2. 增强代码的模块化和封装性：只在头文件中暴露类的接口，将实现细节隐藏在实现文件中，符合模块化编程和封装的思想。使用者只需要关心类的接口如何使用，而不必了解具体的实现过程，降低了代码的耦合度。

示例

假设我们有一个MyClass类：

1. 头文件MyClass.h

// MyClass.h
#ifndef MYCLASS_H
#define MYCLASS_H

class MyClass {
public:
    // 声明成员函数
    void printMessage();
};

#endif

2. 实现文件MyClass.cpp

// MyClass.cpp
#include "MyClass.h"
#include <iostream>

// 定义成员函数
void MyClass::printMessage() {
    std::cout << "Hello from MyClass!" << std::endl;
}

3. 使用类的源文件main.cpp

// main.cpp
#include "MyClass.h"

int main() {
    MyClass obj;
    obj.printMessage();
    return 0;
}

在这个例子中，main.cpp只依赖MyClass.h中的类声明，当MyClass.cpp中printMessage函数的实现改变时，只要MyClass.h不变，main.cpp不需要重新编译，体现了头文件只声明类而不在其中定义成员函数的优点。