C++ 入門指南

單元 13 - 設計專屬的標頭檔

本書已有新版,請參考 C++ 入門指南 4.01 - 單元 13 - 設計專屬的標頭檔

標頭檔 (header file) 的目的在於組織程式原始碼 (source code) 檔案,類別 (class) 、函數 (function) 、常數 (constant) 或特定識別名稱的宣告 (declaration) 都放進標頭檔中,實作則放進實作的程式碼檔案裡

program.cpp → program.h

C++ 程式檔案的副檔名為 .cpp ,標頭檔的副檔名則是 .h 。

為什麼要這麼區分呢?因為標頭檔代表的是程式與程式間的介面 (interface) ,通常已經開發完成的程式只需要看介面就能獲悉如何使用,不需要在乎實際實作的細節,畢竟知道怎麼用就夠了,好不好用則是另外一回事囉!

就另一方面來說,這樣也比較容易維護程式碼,因為使用開發好的程式用前置處理指令 #include 進來就行了。簡單說,就是把介面跟實作分開,介面無須在每一次測試後都連同修改,有需要修正的地方只需要修正實作的部份即可。

我們以目前的 Demo 類別當例子,介紹如何切割介面與實作。首先, Demo 類別的宣告放進 class_demo4.h 內

// Demo 類別的標頭檔,僅有 Demo 類別的宣告
class Demo {
// 宣告 public 的成員
public:
    Demo();
    Demo(int);
    Demo(int, int);
    void set_a(int);
    void set_b(int);
    int get_a();
    int get_b();
    int do_something();
    
// 宣告 private 的成員
private:
    int a;
    int b;
};

/* 《程式語言教學誌》的範例程式
   http://kaiching.org/
   檔名:class_demo4.h
   功能:示範定義標頭檔
   作者:張凱慶 */

實作放到相同檔名的 class_demo4.cpp 中

// 須引進標頭檔
#include "class_demo4.h"

// 沒有參數的建構函數
Demo::Demo() {
    set_a(1);
    set_b(1);
}

// 一個參數的建構函數
Demo::Demo(int n1) {
    set_a(n1);
    set_b(n1);
}

// 兩個參數的建構函數
Demo::Demo(int n1, int n2) {
    set_a(n1);
    set_b(n2);
}

int Demo::do_something() {
    // 改成呼叫 getter 成員函數
    return get_a() + get_b();
}

// setter 與 getter 成員函數
void Demo::set_a(int n) {
    a = n;
}

void Demo::set_b(int n) {
    b = n;
}

int Demo::get_a() {
    return a;
}

int Demo::get_b() {
    return b;
}

/* 《程式語言教學誌》的範例程式
   http://kaiching.org/
   檔名:class_demo4.cpp
   功能:示範定義實作檔
   作者:張凱慶 */

注意這裡用雙引號引入 class_demo4.h ,角括弧用在標準程式庫 (standard library) ,至於自己設計的標頭檔則是用雙引號

// 須引進標頭檔
#include "class_demo4.h"

class_demo4.cpp 中並沒有 main() ,因此我們需要另外設計一個包含 main() 的 .cpp 檔案

#include <iostream>

// 須引進標頭檔
#include "class_demo4.h"

using namespace std;

int main(void) {
    Demo t1;
    Demo t2(12);
    Demo t3(13, 24);
    
    cout << endl;
    cout << t1.do_something() << endl;
    cout << t2.do_something() << endl;
    cout << t3.do_something() << endl;
    cout << endl;
    
    return 0;
}

/* 《程式語言教學誌》的範例程式
   http://kaiching.org/
   檔名:class_demo5.cpp
   功能:示範定義實作檔
   作者:張凱慶 */

classdemo5.cpp 同樣需要引入 classdemo4.h ,不然編譯器 (compiler) 會不認識 Demo 的名稱唷!

編譯時要把 classdemo4.cpp 與 classdemo5.cpp 放在一起編譯,這裡切換到 TERMINAL 頁籤,改成直接下編譯指令編譯,編譯執行結果如下

-classdemo4-

由於 Visual Studio Code 的 Code Runner 預設只編譯執行一個程式檔案,這裡需要把兩個程式檔案放在一起編譯,切換到 TERMINAL 比較方便,之後也需要利用 TERMINAL 編譯執行。

C++ 的程式基本認識大抵介紹到這裡,接下來,我們要發展一個編密碼的 Encrypt 類別,藉以介紹更多利用 C++ 開發軟體的概念。

相關教學影片

中英文術語對照
標頭檔 header file
原始碼 source code
類別 class
函數 function
常數 constant
宣告 declaration
介面 interface
標準程式庫 standard library
編譯器 compiler
重點整理
1. 標頭檔用來宣告類別、函數、常數或其他識別名稱。
2. C++ 程式檔案的副檔名為 .cpp ,標頭檔的副檔名則是 .h 。
3. 若定義類別的程式中沒有 main() ,就需要另一個有 main() 的 .cpp 程式來執行測試。
問題與討論
1. 為什麼要額外定義標頭檔?標頭檔的用途為何?
2. 程式中的介面跟實作有什麼不同?為什麼要把介面跟實作分開?
3. 引進標準程式庫和自行定義的標頭檔,兩者的方式有差異嗎?
練習
1. 寫一個程式 exercise1301.cpp 與 exercise1301.h ,利用 exercise1201.cpp 設計的 IntegerDemo ,將介面與實作分開。
2. 寫一個程式 exercise1302.cpp 與 exercise1302.h ,利用 exercise1202.cpp 計算階層值的類別,將介面與實作分開。
3. 寫一個程式 exercise1303.cpp 與 exercise1303.h ,利用 exercise1203.cpp 計算費氏數列的類別,將介面與實作分開。

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