减少C++代码编译时间的方法
2015-05-12 22:27
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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(forwarddeclared)
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
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(forwarddeclared)
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
typedefbasic_ostream<char,char_traits<char>>ostream;
inlinestd::ostream&operator<<(std::ostream&os,constold&old_val)
{returnold_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::ostreamos,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classXXX;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：
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
改写成这样：
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：
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，oldclass的继承就属于滥用之一，classold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：
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(forwarddeclared)
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...
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(forwarddeclared)
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
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 | // 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(forwarddeclared)
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
typedefbasic_ostream<char,char_traits<char>>ostream;
inlinestd::ostream&operator<<(std::ostream&os,constold&old_val)
{returnold_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::ostreamos,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classXXX;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：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 | // 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
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | // 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：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 | // 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 |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 | // 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，oldclass的继承就属于滥用之一，classold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：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 | // 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(forwarddeclared)
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...
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