减少C++代码编译时间的方法

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2015-03-20 14:46 by 副主编 mengyidan1988 评论(0) 有3541人浏览

c++

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，怎样减少编译时间呢，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：

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