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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!)

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::listcx 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_ostreamchar, char_traitschar 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::listcx 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::listcx 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::listcx 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。