cpp前向声明

当我们使用cpp设计数据结构时，常常出现两个类互相依赖的情况，如下，假设我们有一个test.h文件，里面包含两个类的定义：

// A的成员变量包含B对象，B的成员变量包含A对象
class A {
    B b_;
};

class B {
    A a_;
};

前向声明

首先，我们会碰到一个问题，在class A定义时，class B还没有被定义，那么编译器会报错找不到class B，那么这时候前向声明就派上用场了，我们可以在class A定义之前给出class B的前向声明，像下面这样，这样编译器就能明白存在class B这样一个类:

// class B的前向声明
class B;

class A {
    B b_;
};

class B {
    A a_;
};

但是这样我们的代码还是不能编译通过。因为前向声明仅仅给了编译器一个提示，存在class B这样一个类，但是并没有这个类的完整定义。那么当编译器想要定义A类的对象时，发现需要B类的完整对象定义，再去找B类的完整定义时，发现又需要A类的完整定义，出现相互依赖的情况。而且在互相依赖的情况，因为两个类都包含了对方的完整对象，这种递归让编译器无法计算出两个类的大小，因此需要将对象类对象声明为一个指针，指针的大小是固定的，因此编译器能够顺利计算出两个类的大小，并顺利通过编译，类似下面这样

class B;

class A {
    B *b_;
    // 智能指针也是可以的，std::unique_ptr<B> b_;
}

class B {
    A *a_;
}

继续深入

由于类在定义时支持定义不完整类的指针（例如：前向声明），这样我们的代码就能通过编译了。

但是当我们继续深入，想要在A类中调用B类的成员变量或者方法时，就又会出现问题，类似下面这种情况：

class B;

class A {
    B *b_;
    // 智能指针也是可以的，std::unique_ptr<B> b_;
    void write_A() {
        b_->write_B();
    }
}

class B {
    A *a_;

    void write_B() {
        // implement
    }
}

这种情况是因为从class A的视角来看，现在它只拥有class B的前向声明，而前向声明只是一种类的不完整定义，claas A并不知道class B包含哪些成员变量或者方法，因此这种情况下编译器会报错：不能调用不完整类型B的方法。遇到这种情况就只能让class A事先知道有write_B()这个方法的存在，最好的解决办法就是，再额外创建一个.cpp文件包含实现，并包含class A和class B的头文件定义，而在头文件中则只保留前向声明，类似下面这样:

// test.h文件
class A;
class B;

class A {
    B *b_;
    void write_A();
}
class B {
    A *a_;
    void write_B();
}

// test.cpp文件
#include "test.h"

A:write_A() {
    b_->write_B();
}

B:write_B() {
    // implement
}

总结

这样我们就完美的解决了两个类之间互相依赖的问题，不过这种方式必须引入一个cpp文件的存在，按我的习惯，我很喜欢把实现都放在.h文件里，因为这样我只需要包含这个头文件就能直接用这个类，而不用链接，比较方便。不过这种方式只适合简单的类定义，复杂的类还是要规范地将定义和实现分开。