C++20新特性_模块(Modules)

文章目录

[第一章 C++20核心语法特性](#第一章 C++20核心语法特性)
- [1.4 模块 (Modules)](#1.4 模块 (Modules))
- - [1.4.1 隔离原理](#1.4.1 隔离原理)
  - [1.4.2 示例](#1.4.2 示例)
  - [1.4.3 模块与头文件比较](#1.4.3 模块与头文件比较)

本文记录C++20新特性之模块 (Modules)。

第一章 C++20核心语法特性

1.4 模块 (Modules)

在C++20之前，C++和C包含头文件时，都使用#include包含，这是一种文本替换机制，主要可以概括三大痛点。

1 编译速度极慢：#include 仅仅是简单的文本复制。如果一个头文件被 100 个源文件包含，编译器就必须解析这个头文件 100 次。对于庞大的标准库（如或），这带来了巨大的重复工作量。

2 宏隔离性差：头文件中定义的宏（Macros）会"泄漏"到包含它的源文件中，甚至影响后续包含的其他头文件，导致难以排查的命名冲突和 Bug。

3 依赖地狱：头文件的包含顺序可能会影响代码行为，且很难清晰地看到一个文件到底依赖了哪些具体符号.

C++20引入了模就是为了提供一种语义化、编译一次、隔离性强的代码共享机制，这是C++诞生40年来首次对代码头文件组织方式的一次变革。

1.4.1 隔离原理

模块引入了两个关键字 export 和 import

独立编译：模块单元（Module Unit）被编译成一种二进制格式（BMI, Binary Module Interface）。当其他文件 import 这个模块时，编译器直接读取这个预编译好的二进制接口，而不是重新解析源代码。这使得编译速度呈数量级提升。

真正的隔离：模块内部定义的宏、未导出的函数和类型，对外部是完全不可见的。import 一个模块不会像 #include 那样把一堆垃圾符号倒进你的全局命名空间。

初始化顺序：模块提供了更明确的初始化顺序保证，减少了"静态初始化顺序大灾难"发生的概率。

1.4.2 示例

下面示例中，定义一个模块math_utils.ixx，并在主模块中完成调用。

cpp 复制代码

export module math;	// 声明 这是一个 math 模块

// 2 导出 export 需要给外部使用的部分
export int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

// 没有 export 的函数，外部无法访问
int helper(int a) 
{
	return a * 2;
}

// 导出使用了非导出函数的函数
export int double_add(int a, int b) 
{
	return helper(add(a, b));
}

在主模块中导入自定义模块：

cpp 复制代码

import math;        // 导入自定义的模块

    void test()
    {
        std::cout << "add() " << add(1, 2) << std::endl;
        // 3 
		std::cout << "double_add() " << double_add(5, 3) << std::endl;
        // 16 
    }

示例2：模块分区

对于大型项目，一个模块可能非常大，我们可以将模块分为多个分区，在一个主模块中汇总分模块。下面将math模块分为 sub和add分模块，然后在math主模块导出分模块内容。

math_add.ixx (分区文件)

cpp 复制代码

export module math:add; // 声明属于 math 模块的 add 分区

export int add(int a, int b) { return a + b; }

math_sub.ixx (分区文件)

cpp 复制代码

export module math:sub; // 声明属于 math 模块的 sub 分区

export int sub(int a, int b) { return a - b; }

math.ixx (主模块接口)

cpp 复制代码

export module math; // 定义主模块

export import :add; // 导出并重新发布 add 分区
export import :sub; // 导出并重新发布 sub 分区

1.4.3 模块与头文件比较

下面是模块和头文件的比较。