在用C++編寫項目的時候，文件分割的管理是非常必要的，今天錯新技術頻道小編就為大家帶來詳解C++中的頭文件和源文件，希望對你學習這方面知識有所幫助！
詳解C++中的頭文件和源文件
一、C++編譯模式
通常，在一個C++程序中，只包含兩類文件——.cpp文件和.h文件。其中，.cpp文件被稱作C++源文件，裡面放的都是C++的源代碼；而.h文件則被稱作C++頭文件，裡面放的也是C++的源代碼。
C+ +語言支持“分別編譯”（separate compilation）。也就是說，一個程序所有的內容，可以分成不同的部分分別放在不同的.cpp文件裡。 .cpp文件裡的東西都是相對獨立的，在編譯（compile）時不需要與其他文件互通，只需要在編譯成目標文件後再與其他的目標文件做一次鏈接（link）就行了。比如，在文件a.cpp中定義了一個全局函數“void a() {}”，而在文件b.cpp中需要調用這個函數。即使這樣，文件a.cpp和文件b.cpp並不需要相互知道對方的存在，而是可以分別地對它們進行編譯， 編譯成目標文件之後再鏈接，整個程序就可以運行了。
這是怎麼實現的呢？從寫程序的角度來講，很簡單。在文件b.cpp中，在調用“void a()”函數之前，先聲明一下這個函數“void a();”，就可以了。這是因為編譯器在編譯b.cpp的時候會生成一個符號表（symbol table），像“void a()”這樣的看不到定義的符號，就會被存放在這個表中。再進行鏈接的時候，編譯器就會在別的目標文件中去尋找這個符號的定義。一旦找到了，程序也就可以順利地生成了。
注意這裡提到了兩個概念，一個是“定義”，一個是“聲明”。簡單地說，“定義”就是把一個符號完完整整地描述出來：它是變量還是函數，返回什麼類型，需要什麼參數等等。而“聲明”則只是聲明這個符號的存在，即告訴編譯器，這個符號是在其他文件中定義的，我這裡先用著，你鏈接的時候再到別的地方去找找看它到底是什麼吧。定義的時候要按C++語法完整地定義一個符號（變量或者函數），而聲明的時候就只需要寫出這個符號的原型了。 需要注意的是，一個符號，在整個程序中可以被聲明多次，但卻要且僅要被定義一次。試想，如果一個符號出現了兩種不同的定義，編譯器該聽誰的？
這種機制給C++程序員們帶來了很多好處，同時也引出了一種編寫程序的方法。考慮一下，如果有一個很常用的函數“void f() {}”，在整個程序中的許多.cpp文件中都會被調用，那麼，我們就只需要在一個文件中定義這個函數，而在其他的文件中聲明這個函數就可以了。一個函數還好對付，聲明起來也就一句話。但是，如果函數多了，比如是一大堆的數學函數，有好幾百個，那怎麼辦？能保證每個程序員都可以完完全全地把所有函數的形式都準確地記下來並寫出來嗎？
二、什麼是頭文件
很顯然，答案是不可能。但是有一個很簡單地辦法，可以幫助程序員們省去記住那麼多函數原型的麻煩：我們可以把那幾百個函數的聲明語句全都先寫好，放在一個文件裡，等到程序員需要它們的時候，就把這些東西全部copy進他的源代碼中。
這個方法固然可行，但還是太麻煩，而且還顯得很笨拙。於是，頭文件便可以發揮它的作用了。所謂的頭文件，其實它的內容跟.cpp文件中的內容是一樣的，都是C++的源代碼。但頭文件不用被編譯。我們把所有的函數聲明全部放進一個頭文件中，當某一個.cpp源文件需要它們時，它們就可以通過一個宏命令“#include”包含進這個.cpp文件中，從而把它們的內容合併到.cpp文件中去。當.cpp文件被編譯時，這些被包含進去的.h文件的作用便發揮了。
舉一個例子吧，假設所有的數學函數只有兩個：f1和f2，那麼我們把它們的定義放在math.cpp裡：
/* math.cpp */double f1(){ //do something here.... return;}double f2(double a){ //do something here... return a * a;}/* end of math.cpp */並把“這些”函數的聲明放在一個頭文件math.h中：
/* math.h */double f1();double f2(double);/* end of math.h */
在另一個文件main.cpp中，我要調用這兩個函數，那麼就只需要把頭文件包含進來：
/* main.cpp */#include "math.h"main(){ int number1 = f1(); int number2 = f2(number1);}/* end of main.cpp */這樣，便是一個完整的程序了。需要注意的是，.h文件不用寫在編譯器的命令之後，但它必須要在編譯器找得到的地方（比如跟main.cpp在一個目錄下）。 main.cpp和math.cpp都可以分別通過編譯，生成main.o和math.o，然後再把這兩個目標文件進行鏈接，程序就可以運行了。
三、#include
#include 是一個來自C語言的宏命令，它在編譯器進行編譯之前，即在預編譯的時候就會起作用。 #include的作用是把它後面所寫的那個文件的內容，完完整整地、 一字不改地包含到當前的文件中來。值得一提的是，它本身是沒有其它任何作用與副功能的，它的作用就是把每一個它出現的地方，替換成它後面所寫的那個文件的內容。簡單的文本替換，別無其他。因此，main.cpp文件中的第一句（#include "math.h"），在編譯之前就會被替換成math.h文件的內容。即在編譯過程將要開始的時候，main.cpp的內容已經發生了改變：
/* ~main.cpp */double f1();double f2(double);main(){ int number1 = f1(); int number2 = f2(number1);}/* end of ~main.cpp */不多不少，剛剛好。同理可知，如果我們除了main.cpp以外，還有其他的很多.cpp文件也用到了f1和f2函數的話，那麼它們也通通只需要在使用這兩個函數前寫上一句#include "math.h"就行了。
四、頭文件中應該寫什麼
通過上面的討論，我們可以了解到，頭文件的作用就是被其他的.cpp包含進去的。它們本身並不參與編譯，但實際上，它們的內容卻在多個.cpp文件中得到了編譯。通過“定義只能有一次”的規則，我們很容易可以得出，頭文件中應該只放變量和函數的聲明，而不能放它們的定義。因為一個頭文件的內容實際上是會被引入到多個不同的.cpp文件中的，並且它們都會被編譯。放聲明當然沒事，如果放了定義，那麼也就相當於在多個文件中出現了對於一個符號（變量或函數）的定義，縱然這些定義都是相同的，但對於編譯器來說，這樣做不合法。
所以，應該記住的一點就是，.h頭文件中，只能存在變量或者函數的聲明， 而不要放定義。即，只能在頭文件中寫形如：extern int a;和void f();的句子。這些才是聲明。如果寫上int a;或者void f() {}這樣的句子，那麼一旦這個頭文件被兩個或兩個以上的.cpp文件包含的話，編譯器會立馬報錯。 （關於extern，前面有討論過，這裡不再討論定義跟聲明的區別了。）但是，這個規則是有三個例外的。
一，頭文件中可以寫const對象的定義。因為全局的const對象默認是沒有extern的聲明的，所以它只在當前文件中有效。把這樣的對象寫進頭文件中，即使它被包含到其他多個.cpp文件中，這個對像也都只在包含它的那個文件中有效，對其他文件來說是不可見的，所以便不會導致多重定義。同時，因為這些.cpp文件中的該對像都是從一個頭文件中包含進去的，這樣也就保證了這些.cpp文件中的這個const對象的值是相同的，可謂一舉兩得。同理，static對象的定義也可以放進頭文件。
二，頭文件中可以寫內聯函數（inline）的定義。因為inline函數是需要編譯器在遇到它的地方根據它的定義把它內聯展開的，而並非是普通函數那樣可以先聲明再鏈接的（內聯函數不會鏈接），所以編譯器就需要在編譯時看到內聯函數的完整定義才行。如果內聯函數像普通函數一樣只能定義一次的話，這事兒就難辦了。因為在一個文件中還好，我可以把內聯函數的定義寫在最開始，這樣可以保證後面使用的時候都可以見到定義；但是，如果我在其他的文件中還使用到了這個函數那怎麼辦呢？這幾乎沒什麼太好的解決辦法，因此C++規定，內聯函數可以在程序中定義多次，只要內聯函數在一個.cpp文件中只出現一次，並且在所有的.cpp文件中，這個內聯函數的定義是一樣的，就能通過編譯。那麼顯然，把內聯函數的定義放進一個頭文件中是非常明智的做法。
三，頭文件中可以寫類（class）的定義。因為在程序中創建一個類的對象時，編譯器只有在這個類的定義完全可見的情況下，才能知道這個類的對象應該如何佈局，所以，關於類的定義的要求，跟內聯函數是基本一樣的。所以把類的定義放進頭文件，在使用到這個類的.cpp文件中去包含這個頭文件，是一個很好的做法。在這裡，值得一提的是，類的定義中包含著數據成員和函數成員。數據成員是要等到具體的對像被創建時才會被定義（分配空間），但函數成員卻是需要在一開始就被定義的，這也就是我們通常所說的類的實現。一般，我們的做法是，把類的定義放在頭文件中，而把函數成員的實現代碼放在一個.cpp文件中。這是可以的，也是很好的辦法。 不過，還有另一種辦法。那就是直接把函數成員的實現代碼也寫進類定義裡面。在C++的類中，如果函數成員在類的定義體中被定義，那麼編譯器會視這個函數為內聯的。因此，把函數成員的定義寫進類定義體，一起放進頭文件中，是合法的。注意一下，如果把函數成員的定義寫在類定義的頭文件中，而沒有寫進類定義中， 這是不合法的，因為這個函數成員此時就不是內聯的了。一旦頭文件被兩個或兩個以上的.cpp文件包含，這個函數成員就被重定義了。
五、頭文件中的保護措施
考慮一下，如果頭文件中只包含聲明語句的話，它被同一個.cpp文件包含再多次都沒問題——因為聲明語句的出現是不受限制的。然而，上面討論到的頭文件中的三個例外也是頭文件很常用的一個用處。那麼，一旦一個頭文件中出現了上面三個例外中的任何一個，它再被一個.cpp包含多次的話，問題就大了。因為這三個例外中的語法元素雖然“可以定義在多個源文件中”，但是“在一個源文件中只能出現一次”。設想一下，如果ah中含有類A的定義，bh中含有類B的定義，由於類B的定義依賴了類A，所以bh中也#include了ah。現在有一個源文件，它同時用到了類A和類B，於是程序員在這個源文件中既把ah包含進來了，也把bh包含進來了。這時，問題就來了：類A的定義在這個源文件中出現了兩次！於是整個程序就不能通過編譯了。你也許會認為這是程序員的失誤——他應該知道bh包含了ah——但事實上他不應該知道。
使用"#define"配合條件編譯可以很好地解決這個問題。在一個頭文件中，通過#define定義一個名字，並且通過條件編譯#ifndef...#endif使得編譯器可以根據這個名字是否被定義，再決定要不要繼續編譯該頭文中後續的內容。這個方法雖然簡單，但是寫頭文件時一定記得寫進去。
感謝大家閱讀本文，希望本文介紹的詳解C++中的頭文件和源文件能幫助到大家，謝謝大家對錯新技術頻道網的支持！