C++头文件包含的相关问题
前两天，室友测试C++的循环包含（cyclic include）和友元函数，但却总是报错。我们一起探讨并查询了各类资料后，终于搞清楚了原因。
问题
我们有A和B两个类，分别在不同的头文件中，两个头文件互相包含（但由于有include guard并不会出现循环包含问题）。A类中有一个B类友元函数，一切都是运行正确的，直到我们在B.cpp中加入了B类该函数的定义。
A.h
#ifndef A_H
#define A_H
#include "B.h"
class A {
friend void B::fun(A&);
};
#endifB.h
#ifndef B_H
#define B_H
#include "A.h"
class A;
class B {
public:
void fun(A&);
};
#endifB.cpp
#include "B.h"
void B::fun(A& a) {
}main.cpp
#include "A.h"
#include "B.h"
int main() {
}运行命令：
g++ -g -o test main.cpp B.cpp报错信息：
A.h:7:17: error: 'B' has not been declared
friend void B::fun(A&);解决方法
经过分析与误打误撞的尝试，我们发现有以下两种消除错误的方法：
- 删除
B.h中的#include "A.h"语句 - 将
B.cpp中的#include "B.h"该为#include "A.h"
错误分析
对于头文件包含产生的问题，最好的方法或许就是自己去扮演预处理器的角色。
C++中，.cpp文件是一个编译单元，因此我们这里来一一分析.cpp文件。
main.cpp
main.cpp中先包含了A.h，这时因为A_H还未定义，则A.h中就会定义A_H防止后续的重复包含。A.h又包含了B.h，因为B_H还未定义，则B.h中就会定义B_H。此时，B.h又尝试包含A.h，但由于A_H已被定义，返回的是空文本。最终这些内容都被拷贝到main.cpp中，大致如下：
#ifndef A_H
#define A_H
#ifndef B_H
#define B_H
class A;
class B {
public:
void fun(A&);
};
#endif
class A {
friend void B::fun(A&);
};
#endif
int main() {
}由于B类中的fun函数只是需要A类的引用，而不是A的实例本身或A的成员变量，所以一个前置声明class A;是足够的，并不会报错。
而A类中需要用到B类的成员函数，因此需要有B类的前置声明和该成员函数的前置声明，预处理后的文件中确实做到了这一点，所以也不会报错。
关于前置声明，不了解的读者请仔细阅读When can I use a forward declaration?。
B.cpp
由于每个.cpp文件是独立的编译单元，因此编译完main.cpp后，将编译B.cpp，而且之前处理的宏定义（如#ifndef,#define等）都会被遗忘[1]。
B.cpp中包含了 B.h，由于没有定义B_H，则会定义B_H，然后B.h包含A.h，定义A_H，A.h中还尝试包含B.h，但由于B_H已被定义，返回的是空文本。最终内容被拷贝到B.cpp中，大致如下：
#ifndef B_H
#define B_H
#ifndef A_H
#define A_H
class A {
friend void B::fun(A&);
};
#endif
class A;
class B {
public:
void fun(A&);
};
#endif可以发现，A类中用到了B的成员函数，但B的定义却在后面，所以找不到B类及其成员函数的定义，报错。
解决方法分析
方法一
由于B.h中我们只用了A类的引用，所以其实一个前向声明就足够了。加上了#include "A.h"，反而引入了A类中B类成员函数找不到声明的问题。因此，删掉#include "A.h"即可，这是比较好的解决方法。
方法二
由于出错的原因就是B.cpp中包含B.h，B.h又包含A.h，引入了A类中B类成员函数找不到声明的问题，因此我们可以直接在B.cpp中包含A.h，这样B类的定义就会在A类前面，不会报错。但是一般而言实现文件应该是要包含对应的头文件的，这样消除错误会带来耦合。
拓展思考
由于C++是分离编译的，则main.cpp->main.obj，而B.cpp->B.obj，按理说这两个目标文件中都应该包含着class B的定义，那为什么没有重复定义的错误呢？
根据查询的资料，因为C++是允许类存在重复定义的，但是所定义的类必须完全一致[2]。具体的原因我也还不清楚，应该是关于设计、链接等方面的原因，等我以后进行了更深层次的学习后，再来补上。
参考
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