解析C++多文件编程问题

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什么是C++多文件编程问题？

在C++编程中，当你需要引用多个.cpp文件中的函数和变量时，你会发现编译器会提示未定义或者找不到引用的参数。这时，你需要将相关的头文件引入进来，在编译器中进行链接，才能解决这个问题。

解决C++多文件编程问题的方法

C++ 多文件编程的解决方法主要有以下四种：

将所有代码放入同一个文件中。这种方法虽然简单，但是当项目规模扩大时，维护起来就比较麻烦。因此，我们不推荐使用这种方法。
在每个.cpp文件中都引入包含所有变量和函数的头文件。这种方法可以解决 C++ 多文件编程问题，但是会因为编译多余的代码而造成性能浪费。
使用 extern 声明所有需要引用的函数或变量。这种方法的核心是将所有需要引用的变量或者函数，在被引用时使用 extern 进行声明。这种方法虽然看起来简单明了，但是对于工程规模比较大的项目而言，需要手动的声明的量非常大而且容易出错。
使用 Makefile 或 CMakefile 来管理编译链接。这种方法是最好的解决方案，因为它可以自动化管理，大大减轻了工作量和出错概率，适用于大型项目。

Makefile / CMakefile具体用法

下面，以使用 Makefile 或 CMakefile 来管理编译链接为例，详细讲解具体用法。

Makefile

Makefile 的主要作用是告诉编译器我们需要编译的文件、头文件、库文件、生成的目标文件以及链接的目标。

首先，我们假设我们有两个需要编译的 C++ 源代码文件，分别为 main.cpp 和 child.cpp，之间有函数相互调用。现在我们需要将它们链接起来生成可执行文件。

创建一个 makefile 文件。在该目录下创建一个新的文件，命名为 Makefile。
添加变量。我们需要使用变量记录 C++ 源文件的位置，以及最终生成的可执行文件名称。Makefile 可以使用如下变量:

CC = g++ MAIN = main CHILD = child OBJ = $(MAIN).o $(CHILD).o TARGET = $(MAIN)

这里，我们定义了编译器 CC 为 g++，MAIN 和 CHILD 记录了两个 C++ 源代码文件的名称，OBJ 记录了最终生成的目标文件名称，TARGET 记录了最终生成的可执行文件的名称。

添加编译规则。添加如下代码：

```
$(TARGET) : $(OBJ)
$(CC) -o $@ $^

$(MAIN).o : $(MAIN).cpp
$(CC) -c $(MAIN).cpp

$(CHILD).o : $(CHILD).cpp
$(CC) -c $(CHILD).cpp
```

在这里，我们定义了三个规则：$(MAIN).o、$(CHILD).o 和 $(TARGET)。其中，$(MAIN).o 和 $(CHILD).o 的规则比较简单，就是通过 $(CC) 编译命令生成对应的目标文件。而 $(TARGET) 是我们最终需要的可执行文件，它的规则即为将 $(MAIN).o 和 $(CHILD).o 目标文件链接在一起，生成最终的可执行文件。

执行编译。在终端输入命令 make。

$ make

然后，make 工具会读取 Makefile 文件中的指令，按照我们写的编译规则生成最终的可执行文件。

CMakefile

CMake 是一个高效、跨平台、开源的建立和管理逐步复杂的代码项目的工具，可以自由的生成所需的 Makefile/CMakefile 以及跨平台的编译环境，同时也支持用户编写自己的编译规则。

创建 CMakeLists.txt 文件。
在 CMakeLists.txt 文件中，使用 add_executable 添加需要编译的 C++ 源文件：

add_executable(hello main.cpp child.cpp)

使用 target_link_libraries 添加外部库文件的链接信息（可选）：

target_link_libraries(hello libxxx.so)

执行编译。在终端输入命令 cmake。然后，使用命令 make 生成最终的可执行文件。

$ cmake . $ make

示例

下面，提供两个示例，分别是 Makefile 示例和 CMakefile 示例。

Makefile 示例

文件结构如下：

├── Makefile
├── child.cpp
└── main.cpp

child.cpp 文件内容如下：

#include "child.hpp"
#include <iostream>

void Child::speak() {
    std::cout << "This is Child speak.\n";
}

child.hpp 文件内容如下：

#ifndef CHILD_HPP
#define CHILD_HPP

class Child {
public:
    void speak();
};

#endif

main.cpp 文件内容如下：

#include "child.hpp"

int main() {
    Child child;
    child.speak();

    return 0;
}

Makefile 内容如下：

CC = g++
MAIN = main
CHILD = child
OBJ = $(MAIN).o $(CHILD).o
TARGET = $(MAIN)

$(TARGET) : $(OBJ)
    $(CC) -o $@ $^

$(MAIN).o : $(MAIN).cpp
    $(CC) -c $(MAIN).cpp

$(CHILD).o : $(CHILD).cpp
    $(CC) -c $(CHILD).cpp

.PHONY : clean

clean :
    rm $(OBJ) $(TARGET)

执行 make 命令即可编译链接生成可执行文件。

CMakefile 示例