现在快2022年了，c++为什么还要实现（.cpp）和声明（.h）分开？
说到C++为何还要将实现(.cpp)和声明(.h)分开，这事儿可就说来话长了，尤其是在2022年这个大家都想着效率和简洁的年代，有人觉得这套老规矩有点多余。但如果你真这么想，那可能就有点小看这套设计理念背后深刻的考量了。
这套分离的设计，说白了，就是一种对“信息隐藏”和“模块化编译”的极致追求，而且这种追求，在C++这门语言的发展过程中，扮演了极其重要的角色。
1. 模块化与信息隐藏：让代码清晰可控
想象一下，如果你写一个大型程序，所有的函数声明、变量定义、类实现，一股脑儿全塞到一个文件里，那得有多混乱？维护起来简直是场噩梦。
.h 文件：契约与接口
.h 文件（头文件）就像是一份公开的契约。它只告诉你“我有什么”，比如一个类有哪些成员变量和成员函数，函数接受什么参数，返回什么类型，但它不告诉你“我怎么做”。它提供了一个清晰的接口，让其他文件能够知道如何使用这个类或者这个函数。
比如，一个 `Person` 类，它的.h文件可能长这样：
```c++
// person.h
ifndef PERSON_H
define PERSON_H
include
class Person {
public:
Person(const std::string& name, int age); // 构造函数声明
void greet() const; // 打招呼的函数声明
int getAge() const; // 获取年龄的函数声明
private:
std::string name_; // 姓名（内部实现细节）
int age_; // 年龄（内部实现细节）
};
endif // PERSON_H
```
通过这个 `.h` 文件，你知道 `Person` 类可以创建一个对象，可以设置名字和年龄，可以打招呼，也可以获取年龄。至于 `name_` 和 `age_` 是怎么存储的，`greet()` 里面具体说了什么，这些都在 `.h` 文件之外。
.cpp 文件：实现与细节
.cpp 文件（源文件）则是幕后英雄。它包含了头文件中声明的所有东西的具体实现。它告诉你“我怎么做”。
```c++
// person.cpp
include "person.h"
include
Person::Person(const std::string& name, int age) : name_(name), age_(age) {} // 构造函数实现
void Person::greet() const {
std::cout << "Hello, my name is " << name_ << " and I am " << age_ << " years old." << std::endl;
} // greet 函数实现
int Person::getAge() const {
return age_;
} // getAge 函数实现
```
通过这种方式，用户只需要包含 `.h` 文件就能使用 `Person` 类，而不需要关心 `Person` 类内部是如何存储数据、如何实现的。这大大降低了代码的复杂性，也让代码更易于理解和维护。你可以随时修改 `.cpp` 文件中的实现细节，只要不改变 `.h` 文件中的接口，其他依赖这个类的地方就不需要做任何改动。这就是信息隐藏的威力。
2. 编译效率的基石：加速开发进程
这是将实现和声明分开的最为关键的理由之一，尤其是在大型项目中。
减少编译依赖，加快编译速度
想象一下，如果所有的实现都在 `.h` 文件里。当你修改了 `.cpp` 文件中的一个函数实现时，如果这个函数被很多其他 `.cpp` 文件直接或间接地依赖，那么所有这些文件都可能需要重新编译。在大型项目中，这可能意味着数小时甚至更长的编译时间。
有了分离，情况就大不一样了。当你在 `.cpp` 文件中修改一个函数的具体实现时：
依赖该实现的其他 `.cpp` 文件，只需要重新编译这个被修改的 `.cpp` 文件。
它们依赖的是 `.h` 文件中的声明，声明没有改变，所以它们本身不需要重新编译。
链接器会将这些重新编译的 `.cpp` 文件和之前编译好的其他 `.cpp` 文件以及库文件链接起来。
这种“只重新编译改变的部分”的能力，在保证代码可维护性的同时，极大地提升了编译效率。尤其是在团队协作开发大型项目时，编译速度直接影响开发效率。
“一次定义，多次声明”的原则
C++ 的一个核心原则是“ODR（One Definition Rule，一次定义原则）”。简单来说，就是每一个非 inline 函数、每一个类、每一个全局变量，在整个程序中只能有一个定义。
`.h` 文件中是声明（告诉编译器这个东西存在，长什么样）。
`.cpp` 文件中是定义（分配内存，给出具体的实现）。
如果将定义放在 `.h` 文件里，并且这个 `.h` 文件被多个 `.cpp` 文件包含，那么同一个定义就会出现在多个编译单元中，违反 ODR，导致链接错误。
举个例子，如果 `greet()` 的定义也在 `.h` 里：
```c++
// person.h (错误示例)
ifndef PERSON_H
define PERSON_H
include
include
class Person {
public:
Person(const std::string& name, int age);
void greet() const { // 定义在头文件里！
std::cout << "Hello, my name is " << name_ << " and I am " << age_ << " years old." << std::endl;
}
private:
std::string name_;
int age_;
};
endif
```
当你 `main.cpp` 和 `another.cpp` 都 `include "person.h"` 时，编译器会为 `main.cpp` 编译一个包含 `Person` 定义的目标文件，也会为 `another.cpp` 编译一个包含 `Person` 定义的目标文件。在链接阶段，链接器会发现有两个 `Person::greet()` 的定义，就会报错。
所以，将定义放在 `.cpp` 文件里，而声明放在 `.h` 文件里，正是为了严格遵守 ODR。
3. 独立性与复用性：构建可插拔的组件
将接口（`.h`）与实现（`.cpp`）分离，使得组件的独立性和复用性得到了极大的提升。
组件的封装性
用户只需要知道如何使用一个类或函数（通过 `.h` 文件），而无需关心其内部实现。这意味着你可以完全替换掉一个 `.cpp` 文件中的实现，只要新的实现仍然符合 `.h` 文件中声明的接口，程序的其他部分就不会受到影响。
比如，你可以为 `Person` 类开发不同的“生日祝福”实现策略，分别放在不同的 `.cpp` 文件里，然后在程序运行时选择加载哪个。
第三方库的提供
当你将自己的代码作为库提供给他人使用时，你只会提供 `.h` 文件（声明）和编译好的二进制库文件（包含 `.cpp` 的实现），而不会暴露源代码。这保护了你的知识产权，也让库的使用者无需关心复杂的内部实现细节。
4. 抽象的层次：理解复杂系统
在构建大型、复杂的软件系统时，我们经常需要处理不同抽象层次的代码。
`.h` 文件提供了较高层次的抽象，让你能快速理解一个模块能做什么。
`.cpp` 文件则提供了较低层次的具体实现，是构建和优化的基础。
这种分离使得开发者能够根据需要，在不同的抽象层次上进行思考和工作。例如，一个类设计者主要关注 `.h` 文件中的接口和类结构，而一个性能优化者可能会深入研究 `.cpp` 文件中的算法和数据结构。
回到2022年，为何仍然如此？
即使到了2022年，C++ 仍然在很多领域扮演着核心角色，比如系统编程、游戏开发、高性能计算、嵌入式系统等等。在这些领域，性能、内存管理、对硬件的精细控制是至关重要的。
虽然 C++ 也在不断发展，引入了诸如 Modules（模块）这样的新特性（在 C++20 中已经标准化），试图在某种程度上替代头文件，但 Modules 的普及还需要时间，而且它们的设计目标也更侧重于解决“命名冲突”和“编译时依赖爆炸”的问题，而非完全取代 `.h/.cpp` 分离的哲学。
`.h/.cpp` 分离的这套模型，经过了数十年的检验，它所提供的信息隐藏、模块化编译效率、代码组织和封装性，仍然是构建大型、复杂、高性能软件的坚实基础。它就像是一套成熟的工程方法论，虽然可能存在一些繁琐之处，但其带来的益处是长远且根本性的。
所以，与其说 C++ 为什么还要实现和声明分开，不如说正是因为这套分离机制，才使得 C++ 在面对复杂性和性能挑战时，能够保持其强大的生命力。这是一种权衡，一种为了可维护性、编译效率和代码组织而付出的“代价”，而这个代价，在很多场景下，是值得的。
这套分离的设计，说白了，就是一种对“信息隐藏”和“模块化编译”的极致追求，而且这种追求，在C++这门语言的发展过程中，扮演了极其重要的角色。
1. 模块化与信息隐藏：让代码清晰可控
想象一下，如果你写一个大型程序，所有的函数声明、变量定义、类实现，一股脑儿全塞到一个文件里，那得有多混乱？维护起来简直是场噩梦。
.h 文件：契约与接口
.h 文件（头文件）就像是一份公开的契约。它只告诉你“我有什么”，比如一个类有哪些成员变量和成员函数，函数接受什么参数，返回什么类型，但它不告诉你“我怎么做”。它提供了一个清晰的接口，让其他文件能够知道如何使用这个类或者这个函数。
比如，一个 `Person` 类，它的.h文件可能长这样：
```c++
// person.h
ifndef PERSON_H
define PERSON_H
include
class Person {
public:
Person(const std::string& name, int age); // 构造函数声明
void greet() const; // 打招呼的函数声明
int getAge() const; // 获取年龄的函数声明
private:
std::string name_; // 姓名（内部实现细节）
int age_; // 年龄（内部实现细节）
};
endif // PERSON_H
```
通过这个 `.h` 文件，你知道 `Person` 类可以创建一个对象，可以设置名字和年龄，可以打招呼，也可以获取年龄。至于 `name_` 和 `age_` 是怎么存储的，`greet()` 里面具体说了什么，这些都在 `.h` 文件之外。
.cpp 文件：实现与细节
.cpp 文件（源文件）则是幕后英雄。它包含了头文件中声明的所有东西的具体实现。它告诉你“我怎么做”。
```c++
// person.cpp
include "person.h"
include
Person::Person(const std::string& name, int age) : name_(name), age_(age) {} // 构造函数实现
void Person::greet() const {
std::cout << "Hello, my name is " << name_ << " and I am " << age_ << " years old." << std::endl;
} // greet 函数实现
int Person::getAge() const {
return age_;
} // getAge 函数实现
```
通过这种方式，用户只需要包含 `.h` 文件就能使用 `Person` 类，而不需要关心 `Person` 类内部是如何存储数据、如何实现的。这大大降低了代码的复杂性，也让代码更易于理解和维护。你可以随时修改 `.cpp` 文件中的实现细节，只要不改变 `.h` 文件中的接口，其他依赖这个类的地方就不需要做任何改动。这就是信息隐藏的威力。
2. 编译效率的基石：加速开发进程
这是将实现和声明分开的最为关键的理由之一，尤其是在大型项目中。
减少编译依赖，加快编译速度
想象一下，如果所有的实现都在 `.h` 文件里。当你修改了 `.cpp` 文件中的一个函数实现时，如果这个函数被很多其他 `.cpp` 文件直接或间接地依赖，那么所有这些文件都可能需要重新编译。在大型项目中，这可能意味着数小时甚至更长的编译时间。
有了分离，情况就大不一样了。当你在 `.cpp` 文件中修改一个函数的具体实现时：
依赖该实现的其他 `.cpp` 文件，只需要重新编译这个被修改的 `.cpp` 文件。
它们依赖的是 `.h` 文件中的声明，声明没有改变，所以它们本身不需要重新编译。
链接器会将这些重新编译的 `.cpp` 文件和之前编译好的其他 `.cpp` 文件以及库文件链接起来。
这种“只重新编译改变的部分”的能力，在保证代码可维护性的同时，极大地提升了编译效率。尤其是在团队协作开发大型项目时，编译速度直接影响开发效率。
“一次定义，多次声明”的原则
C++ 的一个核心原则是“ODR（One Definition Rule，一次定义原则）”。简单来说，就是每一个非 inline 函数、每一个类、每一个全局变量，在整个程序中只能有一个定义。
`.h` 文件中是声明（告诉编译器这个东西存在，长什么样）。
`.cpp` 文件中是定义（分配内存，给出具体的实现）。
如果将定义放在 `.h` 文件里，并且这个 `.h` 文件被多个 `.cpp` 文件包含，那么同一个定义就会出现在多个编译单元中，违反 ODR，导致链接错误。
举个例子，如果 `greet()` 的定义也在 `.h` 里：
```c++
// person.h (错误示例)
ifndef PERSON_H
define PERSON_H
include
include
class Person {
public:
Person(const std::string& name, int age);
void greet() const { // 定义在头文件里！
std::cout << "Hello, my name is " << name_ << " and I am " << age_ << " years old." << std::endl;
}
private:
std::string name_;
int age_;
};
endif
```
当你 `main.cpp` 和 `another.cpp` 都 `include "person.h"` 时，编译器会为 `main.cpp` 编译一个包含 `Person` 定义的目标文件，也会为 `another.cpp` 编译一个包含 `Person` 定义的目标文件。在链接阶段，链接器会发现有两个 `Person::greet()` 的定义，就会报错。
所以，将定义放在 `.cpp` 文件里，而声明放在 `.h` 文件里，正是为了严格遵守 ODR。
3. 独立性与复用性：构建可插拔的组件
将接口（`.h`）与实现（`.cpp`）分离，使得组件的独立性和复用性得到了极大的提升。
组件的封装性
用户只需要知道如何使用一个类或函数（通过 `.h` 文件），而无需关心其内部实现。这意味着你可以完全替换掉一个 `.cpp` 文件中的实现，只要新的实现仍然符合 `.h` 文件中声明的接口，程序的其他部分就不会受到影响。
比如，你可以为 `Person` 类开发不同的“生日祝福”实现策略，分别放在不同的 `.cpp` 文件里，然后在程序运行时选择加载哪个。
第三方库的提供
当你将自己的代码作为库提供给他人使用时，你只会提供 `.h` 文件（声明）和编译好的二进制库文件（包含 `.cpp` 的实现），而不会暴露源代码。这保护了你的知识产权，也让库的使用者无需关心复杂的内部实现细节。
4. 抽象的层次：理解复杂系统
在构建大型、复杂的软件系统时，我们经常需要处理不同抽象层次的代码。
`.h` 文件提供了较高层次的抽象，让你能快速理解一个模块能做什么。
`.cpp` 文件则提供了较低层次的具体实现，是构建和优化的基础。
这种分离使得开发者能够根据需要，在不同的抽象层次上进行思考和工作。例如，一个类设计者主要关注 `.h` 文件中的接口和类结构，而一个性能优化者可能会深入研究 `.cpp` 文件中的算法和数据结构。
回到2022年，为何仍然如此？
即使到了2022年，C++ 仍然在很多领域扮演着核心角色，比如系统编程、游戏开发、高性能计算、嵌入式系统等等。在这些领域，性能、内存管理、对硬件的精细控制是至关重要的。
虽然 C++ 也在不断发展，引入了诸如 Modules（模块）这样的新特性（在 C++20 中已经标准化），试图在某种程度上替代头文件，但 Modules 的普及还需要时间，而且它们的设计目标也更侧重于解决“命名冲突”和“编译时依赖爆炸”的问题，而非完全取代 `.h/.cpp` 分离的哲学。
`.h/.cpp` 分离的这套模型，经过了数十年的检验，它所提供的信息隐藏、模块化编译效率、代码组织和封装性，仍然是构建大型、复杂、高性能软件的坚实基础。它就像是一套成熟的工程方法论，虽然可能存在一些繁琐之处，但其带来的益处是长远且根本性的。
所以，与其说 C++ 为什么还要实现和声明分开，不如说正是因为这套分离机制，才使得 C++ 在面对复杂性和性能挑战时，能够保持其强大的生命力。这是一种权衡，一种为了可维护性、编译效率和代码组织而付出的“代价”，而这个代价，在很多场景下，是值得的。
网友意见
因为 C++ 牵扯面更广，改起来更麻烦。
很多语言其实都有一个事实上的实现标准，然后别人都得兼容它，委员会的话语权就相对比较有限。
比如 Python 有一个 CPython 作为事实标准，作者想改那就改了，然后在文档里边体现一句，其它的 python 实现基本都得考虑与它兼容。
比如 Java 无论怎么改，都还是要以 sun 的那个为兼容性基础，不与它兼容的都是异端。那么只要它改了就大家都跟着改就行。
C#也是，基本只有微软的那一份实现，那么，微软想怎么改怎么改，就算有其它的开源实现什么的，肯定只能是跟它兼容。
C++就不一样，有非常多的厂商，独立做出了非常多的不同的实现。究竟听谁的呢？谁也不服谁，那么结果就只能是，这些厂商的技术代表，以及C++作者等人，联合起来谈判，哪些特性要加，哪些特性不加。。。而这样不可避免的就要吵架。
C++头文件分开这种事，究竟算是一个bug还是一个feature，目前已经各有各的说法，莫衷一是。
但从个人的角度，这确实是一个问题。代码只写一份实现，由编译器自动推导出声明部分或许更合适，程序员需要手动维护实现与声明确实会非常繁琐。要想从语言层面彻底解决这个问题，难度非常大，所以C++的模块才会难产那么多年。但愿，随着模块功能的增加，以后能逐渐解决这个问题吧。
因为你的编译器需要能够尽量编译5年前，10年前，20年前甚至30年前的代码
还有C++20的module应该接解了这个问题了
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