減少C++程式碼編譯時間的方法

c++ 的程式碼包含標頭檔案和實現檔案兩部分， 標頭檔案一般是提供給別人（也叫客戶）使用的， 但是一旦標頭檔案發生改變，不管多小的變化，所有引用他的檔案就必須重新編譯，編譯就要花時間，假如你做的工程比較大（比如二次封裝chrome這類的開發）,重新編譯一次的時間就會浪費上班的大部分時間，這樣幹了一天挺累的， 但是你的老闆說你沒有產出，結果你被fired， 是不是很怨啊， 如果你早點看到這段文章，你就會比你的同事開發效率高那麼一些，那樣被fired就不會是你了，你說這篇文章是不是價值千金！開個玩笑 ：）

言歸正傳，怎樣介紹編譯時間呢， 我知道的就3個辦法：

1. 刪除不必要的#include,替代辦法 使用前向宣告 (forward declared )
2. 刪除不必要的一大堆私有成員變數，轉而使用 ”impl” 方法
3.  刪除不必要的類之間的繼承

為了講清楚這3點，還是舉個例項比較好,這個例項我會一步一步的改進（因為我也是一點一點摸索出來了，如果哪裡說錯了， 你就放心的噴吧，我會和你在爭論到底的，呵呵）

現在先假設你找到一個新工作，接手以前某個程式設計師寫的類，如下

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

     // 5 個 分別是file , db, cx, deduce or error ， 水平有限沒有模板類
     // 只用 file and cx 有虛擬函式.
     #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); }

這個類看完了， 如果你已經看出了問題出在哪裡， 接下來的不用看了， 你是高手， 這些基本知識對你來說太小兒科，要是像面試時被問住了愣了一下，請接著看吧

先看怎麼使用第一條： 刪除不必要的#include

這個類引用 5個標頭檔案， 那意味著那5個標頭檔案所引用的標頭檔案也都被引用了進來， 實際上， 不需要引用5 個，只要引用2個就完全可以了

1.刪除不必要的#include,替代辦法 使用前向宣告 (forward declared )

1.1刪除標頭檔案 iostream， 我剛開始學習c++ 時照著《c++ primer》 抄，只要看見關於輸入，輸出就把 iostream 標頭檔案加上， 幾年過去了， 現在我知道不是這樣的， 這裡只是定義輸出函式， 只要引用ostream 就夠了

1.2.ostream標頭檔案也不要， 替換為 iosfwd , 為什麼， 原因就是， 引數和返回型別只要前向宣告就可以編譯通過， 在iosfwd 檔案裡 678行（我的環境是vs2013，不同的編譯環境具體位置可能會不相同，但是都有這句宣告） 有這麼一句

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，要是你說這個函式要操作ostream 物件， 那還是需要#include <ostream> , 你只說對了一半， 的確， 這個函式要操作ostream 物件， 但是請看他的函式實現，

裡面沒有定義一個類似 std::ostream os, 這樣的語句，話說回來，但凡出現這樣的定義語句， 就必須#include 相應的標頭檔案了 ，因為這是請求編譯器分配空間，而如果只前向宣告 class XXX; 編譯器怎麼知道分配多大的空間給這個物件！

看到這裡， old.h標頭檔案可以更新如下了：

//  old.h: 這就是你接收的類
     //
     #include <iosfwd>  //新替換的標頭檔案
     #include <list>

     // 5 個 分別是file , db, cx, deduce or error ， 水平有限沒有模板類
     // 只用 file and cx 有虛擬函式.
     #include "file.h"  // class file  ， 作為基類不能刪除，刪除了編譯器就不知道例項化old 物件時分配多大的空間了
     #include "db.h"  // class db， 作為基類不能刪除，同上
     #include "cx.h"  // class cx
     #include "deduce.h"  // class deduce
     // error 只被用做引數和返回值型別， 用前向宣告替換#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 是模版型別，既不是函式引數型別也不是函式返回值型別，所以cx.h 標頭檔案不能刪除
       deduce       deduce_d_; //  deduce 是型別定義，也不刪除他的標頭檔案
     };
        inline std::ostream& operator<<( std::ostream& os,const old& old_val )
       { return old_val.print(os); }

到目前為止， 刪除了一些程式碼， 是不是心情很爽，據說看一個程式設計師的水平有多高， 不是看他寫了多少程式碼，而是看他少寫了多少程式碼。

如果你對C++ 程式設計有更深一步的興趣， 接下來的文字你還是會看的，再進一步刪除程式碼， 但是這次要另闢蹊徑了

2. 刪除不必要的一大堆私有成員變數，轉而使用 ”impl” 方法

2.1.使用 ”impl” 實現方式寫程式碼，減少客戶端程式碼的編譯依賴

impl 方法簡單點說就是把 類的私有成員變數全部放進一個impl 類， 然後把這個類的私有成員變數只保留一個impl* 指標，程式碼如下

// file old.h
     class old {
        //公有和保護成員
       // public and protected members
     private:
     //私有成員， 只要任意一個的標頭檔案發生變化或成員個數增加，減少，所有引用old.h的客戶端必須重新編譯
       // private members; whenever these change,
       // all client code must be recompiled
     };

改寫成這樣：

// file old.h
     class old {
     //公有和保護成員
       // public and protected members
     private:
       class oldImpl* pimpl_;
       //  替換原來的所有私有成員變數為這個impl指標，指標只需要前向宣告就可以編譯通過，這種寫法將前向宣告和定義指標放在了一起， 完全可以。
       //當然，也可以分開寫
         // a pointer to a forward-declared class
     };

     // file old.cpp
     struct oldImpl {
     //真正的成員變數隱藏在這裡， 隨意變化， 客戶端的程式碼都不需要重新編譯
       // private members; fully hidden, can be
       // changed at will without recompiling clients
     };

不知道你看明白了沒有， 看不明白請隨便寫個類試驗下，我就是這麼做的，當然凡事也都有優缺點，下面簡單對比下：

	使用impl 實現類	不使用impl實現類
優點	型別定義與客戶端隔離， 減少#include 的次數，提高編譯速度，庫端的類隨意修改，客戶端不需要重新編譯	直接，簡單明瞭，不需要考慮堆分配，釋放，記憶體洩漏問題
缺點	對於impl的指標必須使用堆分配，堆釋放，時間長了會產生記憶體碎片，最終影響程式執行速度， 每次呼叫一個成員函式都要經過impl->xxx()的一次轉發	庫端任意標頭檔案發生變化，客戶端都必須重新編譯

改為impl實現後是這樣的：

// 只用 file and cx 有虛擬函式.
     #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; //此處前向宣告和定義
      };
        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. 刪除不必要的類之間的繼承

物件導向提供了繼承這種機制，但是繼承不要濫用， old class 的繼承就屬於濫用之一， class old 繼承file 和 db 類， 繼承file是公有繼承，繼承db 是私有繼承

，繼承file 可以理解， 因為file 中有虛擬函式， old 要重新定義它， 但是根據我們的假設， 只有file 和 cx 有虛擬函式，私有繼承db 怎麼解釋？! 那麼唯一可能的理由就是：

通過 私有繼承—讓某個類不能當作基類去派生其他類，類似Java裡final關鍵字的功能，但是從例項看，顯然沒有這個用意， 所以這個私有繼承完全不必要， 應該改用包含的方式去使用db類提供的功能, 這樣就可以

把”db.h”標頭檔案刪除， 把db 的例項也可以放進impl類中，最終得到的類是這樣的：

// 只用 file and cx 有虛擬函式.
     #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; //此處前向宣告和定義
      };
        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_;
};

小結一下：

這篇文章只是簡單的介紹了減少編譯時間的幾個辦法：

1. 刪除不必要的#include,替代辦法 使用前向宣告 (forward declared )

2. 刪除不必要的一大堆私有成員變數，轉而使用 ”impl” 方法

3. 刪除不必要的類之間的繼承

這幾條希望對您有所幫助， 如果我哪裡講的不夠清楚也可以參考附件，哪裡有完整的例項，也歡迎您發表評論， 大家一起討論進步，哦不，加薪。 呵呵，在下篇文章我將把impl實現方式再詳細分析下，期待吧…