减少C++代码编译时间的方法

c++ 的代码包含头文件和实现文件两部分， 头文件一般是提供给别人（也叫客户）使用的， 但是一旦头文件发生改变，不管多小的变化，所有引用他的文件就必须重新编译，编译就要花时间，假如你做的工程比较大（比如二次封装chrome这类的开发）,重新编译一次的时间就会浪费上班的大部分时间，这样干了一天挺累的， 但是你的老板说你没有产出，结果你被fired， 是不是很怨啊， 如果你早点看到这段文章，你就会比你的同事开发效率高那么一些，那样被fired就不会是你了，你说这篇文章是不是价值千金！开个玩笑 ：）

言归正传，怎样介绍编译时间呢， 我知道的就3个办法：

1. 删除不必要的#include,替代办法 使用前向声明 (forward declared )
2. 删除不必要的一大堆私有成员变量，转而使用 ”impl” 方法
3.  删除不必要的类之间的继承

为了讲清楚这3点，还是举个实例比较好,这个实例我会一步一步的改进（因为我也是一点一点摸索出来了，如果哪里说错了， 你就放心的喷吧，我会和你在争论到底的，呵呵）

现在先假设你找到一个新工作，接手以前某个程序员写的类，如下

//  old.h: 这就是你接收的类
     //
     #include <iostream>
     #include <ostream>
     #include <list>

     // 5 个 分别是file , db, cx, deduce or error ， 水平有限没有模板类
     // 只用 file and cx 有虚函数.
     #include "file.h"  // class file
     #include "db.h"  // class db
     #include "cx.h"  // class cx
     #include "deduce.h"  // class deduce
     #include "error.h"  // class error

     class old : public file, private db {
     public:
          old( const cx& );
       db  get_db( int, char* );
       cx  get_cx( int, cx );
       cx& fun1( db );
       error  fun2( error );
       virtual std::ostream& print( std::ostream& ) const;
     private:
       std::list<cx> cx_list_;
       deduce       deduce_d_;
     };
        inline std::ostream& operator<<( std::ostream& os,const old& old_val )
       { return old_val.print(os); }

这个类看完了， 如果你已经看出了问题出在哪里， 接下来的不用看了， 你是高手， 这些基本知识对你来说太小儿科，要是像面试时被问住了愣了一下，请接着看吧

先看怎么使用第一条： 删除不必要的#include

这个类引用 5个头文件， 那意味着那5个头文件所引用的头文件也都被引用了进来， 实际上， 不需要引用5 个，只要引用2个就完全可以了

1.删除不必要的#include,替代办法 使用前向声明 (forward declared )

1.1删除头文件 iostream， 我刚开始学习c++ 时照着《c++ primer》 抄，只要看见关于输入，输出就把 iostream 头文件加上， 几年过去了， 现在我知道不是这样的， 这里只是定义输出函数， 只要引用ostream 就够了

1.2.ostream头文件也不要， 替换为 iosfwd , 为什么， 原因就是， 参数和返回类型只要前向声明就可以编译通过， 在iosfwd 文件里 678行（我的环境是vs2013，不同的编译环境具体位置可能会不相同，但是都有这句声明） 有这么一句

typedef basic_ostream<char, char_traits<char> > ostream;

inline std::ostream& operator<<( std::ostream& os,const old& old_val )

{ return old_val.print(os); }

除此之外，要是你说这个函数要操作ostream 对象， 那还是需要#include <ostream> , 你只说对了一半， 的确， 这个函数要操作ostream 对象， 但是请看他的函数实现，

里面没有定义一个类似 std::ostream os, 这样的语句，话说回来，但凡出现这样的定义语句， 就必须#include 相应的头文件了 ，因为这是请求编译器分配空间，而如果只前向声明 class XXX; 编译器怎么知道分配多大的空间给这个对象！

看到这里， old.h头文件可以更新如下了：

//  old.h: 这就是你接收的类
     //
     #include <iosfwd>  //新替换的头文件
     #include <list>

     // 5 个 分别是file , db, cx, deduce or error ， 水平有限没有模板类
     // 只用 file and cx 有虚函数.
     #include "file.h"  // class file  ， 作为基类不能删除，删除了编译器就不知道实例化old 对象时分配多大的空间了
     #include "db.h"  // class db， 作为基类不能删除，同上
     #include "cx.h"  // class cx
     #include "deduce.h"  // class deduce
     // error 只被用做参数和返回值类型， 用前向声明替换#include  "error.h" 
     class error；

     class old : public file, private db {
     public:
          old( const cx& );
       db  get_db( int, char* );
       cx  get_cx( int, cx );
       cx& fun1( db );
       error  fun2( error );
       virtual std::ostream& print( std::ostream& ) const;
     private:
       std::list<cx> cx_list_; //  cx 是模版类型，既不是函数参数类型也不是函数返回值类型，所以cx.h 头文件不能删除
       deduce       deduce_d_; //  deduce 是类型定义，也不删除他的头文件
     };
        inline std::ostream& operator<<( std::ostream& os,const old& old_val )
       { return old_val.print(os); }

到目前为止， 删除了一些代码， 是不是心情很爽，据说看一个程序员的水平有多高， 不是看他写了多少代码，而是看他少写了多少代码。

如果你对C++ 编程有更深一步的兴趣， 接下来的文字你还是会看的，再进一步删除代码， 但是这次要另辟蹊径了

2. 删除不必要的一大堆私有成员变量，转而使用 ”impl” 方法

2.1.使用 ”impl” 实现方式写代码，减少客户端代码的编译依赖

impl 方法简单点说就是把 类的私有成员变量全部放进一个impl 类， 然后把这个类的私有成员变量只保留一个impl* 指针，代码如下

// file old.h
     class old {
        //公有和保护成员
       // public and protected members
     private:
     //私有成员， 只要任意一个的头文件发生变化或成员个数增加，减少，所有引用old.h的客户端必须重新编译
       // private members; whenever these change,
       // all client code must be recompiled
     };

改写成这样：

// file old.h
     class old {
     //公有和保护成员
       // public and protected members
     private:
       class oldImpl* pimpl_;
       //  替换原来的所有私有成员变量为这个impl指针，指针只需要前向声明就可以编译通过，这种写法将前向声明和定义指针放在了一起， 完全可以。
       //当然，也可以分开写
         // a pointer to a forward-declared class
     };

     // file old.cpp
     struct oldImpl {
     //真正的成员变量隐藏在这里， 随意变化， 客户端的代码都不需要重新编译
       // private members; fully hidden, can be
       // changed at will without recompiling clients
     };

不知道你看明白了没有， 看不明白请随便写个类试验下，我就是这么做的，当然凡事也都有优缺点，下面简单对比下：

	使用impl 实现类	不使用impl实现类
优点	类型定义与客户端隔离， 减少#include 的次数，提高编译速度，库端的类随意修改，客户端不需要重新编译	直接，简单明了，不需要考虑堆分配，释放，内存泄漏问题
缺点	对于impl的指针必须使用堆分配，堆释放，时间长了会产生内存碎片，最终影响程序运行速度， 每次调用一个成员函数都要经过impl->xxx()的一次转发	库端任意头文件发生变化，客户端都必须重新编译

改为impl实现后是这样的：

// 只用 file and cx 有虚函数.
     #include "file.h" 
     #include "db.h" 
     class cx;
     class error；

     class old : public file, private db {
     public:
          old( const cx& );
       db  get_db( int, char* );
       cx  get_cx( int, cx );
       cx& fun1( db );
       error  fun2( error );
       virtual std::ostream& print( std::ostream& ) const;
     private:
class oldimpl* pimpl; //此处前向声明和定义
      };
        inline std::ostream& operator<<( std::ostream& os,const old& old_val )
       { return old_val.print(os); }

//implementation file old.cpp
class oldimpl{
std::list<cx> cx_list_;
deduce        dudece_d_;
};

3. 删除不必要的类之间的继承

面向对象提供了继承这种机制，但是继承不要滥用， old class 的继承就属于滥用之一， class old 继承file 和 db 类， 继承file是公有继承，继承db 是私有继承

，继承file 可以理解， 因为file 中有虚函数， old 要重新定义它， 但是根据我们的假设， 只有file 和 cx 有虚函数，私有继承db 怎么解释？! 那么唯一可能的理由就是：

通过 私有继承—让某个类不能当作基类去派生其他类，类似Java里final关键字的功能，但是从实例看，显然没有这个用意， 所以这个私有继承完全不必要， 应该改用包含的方式去使用db类提供的功能, 这样就可以

把”db.h”头文件删除， 把db 的实例也可以放进impl类中，最终得到的类是这样的：

// 只用 file and cx 有虚函数.
     #include "file.h" 
     class cx;
     class error;
     class db;
     class old : public file {
     public:
          old( const cx& );
       db  get_db( int, char* );
       cx   get_cx( int, cx );
       cx& fun1( db );
       error  fun2( error );
       virtual std::ostream& print( std::ostream& ) const;
     private:
       class oldimpl* pimpl; //此处前向声明和定义
      };
        inline std::ostream& operator<<( std::ostream& os,const old& old_val )
       { return old_val.print(os); }

//implementation file old.cpp
class oldimpl{
std::list<cx> cx_list_;
deduce        dudece_d_;
};

小结一下：

这篇文章只是简单的介绍了减少编译时间的几个办法：

1. 删除不必要的#include,替代办法 使用前向声明 (forward declared )

2. 删除不必要的一大堆私有成员变量，转而使用 ”impl” 方法

3. 删除不必要的类之间的继承

这几条希望对您有所帮助， 如果我哪里讲的不够清楚也可以参考附件，哪里有完整的实例，也欢迎您发表评论， 大家一起讨论进步，哦不，加薪。 呵呵，在下篇文章我将把impl实现方式再详细分析下，期待吧…