【C++】两个类的相互引用
有时候在设计数据结构的时候,可能会遇到两个类需要相互引用的情形。比如类A有类型为B的成员,而类B又有类型为A的成员。
那么这种情形下,两个类的设计上需要注意什么呢?
同一文件
尝试方案
将A和B的定义都放在一个文件中,例如:
#include <iostream>
class A {
public:
A() {
aa_ = 'A';
}
char aa_;
B b_;
};
class B {
public:
B() {
bb_ = 'B';
}
char bb_;
A a_;
};
int main() {
return 0;
}
编译这一段代码,编译出错:
yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ g++ main.cpp -o main --std=c++11
main.cpp:9:5: error: ‘B’ does not name a type
B b_;
^
编译的报错提示,B不是一个数据类型。可能你会想,会不会前置声明
一下就可以了?即将代码修改为:
#include <iostream>
class B;
class A {
public:
A() {
aa_ = 'A';
}
char aa_;
B b_;
};
class B {
public:
B() {
bb_ = 'B';
}
char bb_;
A a_;
};
int main() {
return 0;
}
编译这一段代码,编译仍然出错:
yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ g++ main.cpp -o main --std=c++11
main.cpp:11:7: error: field ‘b_’ has incomplete type
B b_;
^
编译时出现"field has incomplete type",通常的错误原因为:类或结构体的前向声明只能用来定义指针对象或引用,因为编译到这里时还没有发现定义,不知道该类或者结构的内部成员,没有办法具体的构造一个对象,所以会报错。
解决办法:将类成员改成指针就好了。程序中使用incomplete type实现前置声明,有助与实现数据类型细节的隐藏。
按照这个办法来进行修改,将b_的类型由B的对象修改成指向类型B的指针:
#include <iostream>
class B;
class A {
public:
A() {
aa_ = 'A';
}
char aa_;
B *b_;
};
class B {
public:
B() {
bb_ = 'B';
}
char bb_;
A a_;
};
int main() {
A tmp1;
std::cout << tmp1.aa_ << " " << tmp1.b_->bb_ << std::endl;
B tmp2;
std::cout << tmp2.bb_ << " " << tmp2.a_.aa_ << std::endl;
return 0;
}
编译这一段代码,编译顺利,没有问题。运行这段代码:
yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ g++ main.cpp -o main --std=c++11
yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ ./main
A H
B A
又有问题了,tmp1.b_->bb_的打印结果为H。这个问题很容易检查出问题:在类A的定义中,定义了指向类型B的指针b_,但是并没有对该指针分配内存空间,当然会有一些奇怪的值打印出来。可以修改为:
#include <iostream>
class B;
class A {
public:
A() {
aa_ = 'A';
b_ = new B();
}
char aa_;
B *b_;
};
class B {
public:
B() {
bb_ = 'B';
}
char bb_;
A a_;
};
int main() {
A tmp1;
std::cout << tmp1.aa_ << " " << tmp1.b_->bb_ << std::endl;
B tmp2;
std::cout << tmp2.bb_ << " " << tmp2.a_.aa_ << std::endl;
return 0;
}
编译又出现问题了:
yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ g++ main.cpp -o main --std=c++11
main.cpp: In constructor ‘A::A()’:
main.cpp:9:18: error: invalid use of incomplete type ‘class B’
b_ = new B();
^
main.cpp:3:7: error: forward declaration of ‘class B’
class B;
^
编译错误的原因还是incomplete type,即类型B的结构还不知道,怎么能new出来呢?
最终代码
如果想要获得正确的代码,不能将new的操作放在构造函数中,放在其他地方手动创建即可:
#include <iostream>
class B;
class A {
public:
A() {
aa_ = 'A';
}
char aa_;
B *b_;
};
class B {
public:
B() {
bb_ = 'B';
}
char bb_;
A a_;
};
int main() {
A tmp1;
tmp1.b_ = new B();
std::cout << tmp1.aa_ << " " << tmp1.b_->bb_ << std::endl;
B tmp2;
std::cout << tmp2.bb_ << " " << tmp2.a_.aa_ << std::endl;
return 0;
}
编译并运行这段代码:
yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ g++ main.cpp -o main --std=c++11
yngzmiao@yngzmiao-virtual-machine:~/test$ ./main
A B
B A
原因分析
类A和类B相互引用比较麻烦的根本原因
在于:定义A的时候,A的里面有B,所以就需要去查看B的占空间大小,但是查看的时候又发现需要知道A的占空间大小,从而造成死循环。
不同文件
不同文件指的是:类型A定义在A.h文件,类型B定义在B.h文件,同时在main.cpp中创建A、B类型的对象进行输出。通过上文的一些经验,可能还需要create()函数来对B指针进行new操作。
由于不同文件的写法,坑比较多,接下来就直接给出正确的代码内容。
在A.h文件中,定义类A:
#ifndef A_H
#define A_H
class B; // highlight 1
class A {
public:
A() {
aa_ = 'A';
}
void create();
char aa_;
B *b_;
};
#endif
在A.cpp文件中,定义类A方法的实现:
#include "B.h" // highlight 2
void A::create() {
b_ = new B();
}
在B.h文件中,定义类B:
#ifndef B_H
#define B_H
#include "A.h" // highlight 3
class B {
public:
B() {
bb_ = 'B';
}
char bb_;
A a_;
};
#endif
最终在main.cpp文件中,使用类A和类B:
#include "B.h"
#include <iostream>
int main() {
A tmp1;
tmp1.create();
std::cout << tmp1.aa_ << " " << tmp1.b_->bb_ << std::endl;
B tmp2;
std::cout << tmp2.bb_ << " " << tmp2.a_.aa_ << std::endl;
return 0;
}
对这一段代码中的坑进行罗列:
- A.h中包含B.h且B.h中包含A.h,头文件不能循环include。需要在定义非指针类的那个.h文件include另一个;而定义指针类的那个.h文件需要使用前置声明;
- create()函数不能在.h文件中进行定义,因为在该函数中需要进行new操作,而该操作需要又另一个类的完整定义,即需要include。由于第一点原因,只好在.cpp文件中进行方法的实现。
总结
两个类相互引用,一个用对象、include;另一个用指针、前置声明、create手动new。手动new的过程不能在构造函数中进行,同时需要知道另一个类的完整定义(include)。
注意:本文所举例的部分都没有对new出来的空间进行delete操作,会引发内存泄漏。这部分需要读者自行补充。