09 Modules Header Files and Miscellaneous Topics

module 主要解决了 #include 的问题，比如依赖顺序可能影响编译，替换机制导致很多东西一次又一次的编译，增量编译时影响范围也更小编译更快。

std 这个 module 相当好，一次引入所有标准库，还不影响编译时间和产物大小。

一般情况下，我们需要分离接口和实现，比如传统的头文件和实现文件分离。对于 module，声明和定义都写在一起，那么对于编译器而言也是分离的，如果修改了 module 中某个函数的实现，使用的代码无需编译，只有修改了接口，比如修改了函数参数，使用的代码才会重新编译。不过依旧推荐接口和实现分开，这样使用者更容易看出来提供的 API 列表而不是被大量的实现分隔开。有两个例外是 inline 函数和模板函数，因为这些会影响到使用的代码。

使用传统的头文件，会有传染问题。譬如一个类，#include <string>，那么使用这个类的地方自动就使用了这个头文件，但是对于 module 而言，类的声明需要 import std，但是使用这个类的地方不会默认被 import std，因此代码 std::string str 这种是无法编译的。不过如果使用类的某个返回 std:string 的函数，能正常使用，比如 auto str = instance.GetName()。这就是可见性（visibility）和可达性（reachability）的区别。

C++ module 不支持 submodule，不过可以通过名字和目录组织完成这件事，比如 parent.child1 parent.child2。这种方式本质上是一组相关的 module，使用者可以选择部分加载。另一个方式是 module 分区，C++ 提供的 module 内部分割方式，parent:child1 parent:child2，对用户而言是透明的。

还可以有 private 的 module 部分。一个 module 声明文件中，module :private; 以下的部分对于调用者就不可见了。

预处理很强大。宏很危险，比如使用预处理宏来实现函数，有相当多的弊端，也很有用，比如局部生成一些代码，直观简洁。除此之外，预处理指令还有很多，很多用途。#undef 取消某个定义。#if #elif #else #endif 可以用于特定平台编译特定代码。#ifdef #endif #ifndef 这些可以用于解决循环 #include、根据宏编译不同代码。#pragma 后面一般是 once，用于头文件。#error #warning 分别停止编译给出错误信息和给出编译警告信息。

C++ 的编译大致分成三个阶段，先是预处理，结果是编译单元（translation unit），然后编译成对象文件（object file），其中一些没有定义的函数、变量等需要第三阶段链接来解决，最终得到可执行文件。根据定义的位置和访问的位置，有四类链接：仅在局部使用，不链接；任意编译单元都可以访问，外部链接；只有当前编译单元可以访问，内部链接，也叫静态链接；同一个 module 的任意编译单元可以访问，module 链接。

默认情况下，函数的声明是外部链接，不过可以通过匿名命名空间或将函数标记成 static 使之成为内部链接。相反，extern 将默认的内部链接，比如 const typedef，声明成外部链接。一个变量 x 如果加了 extern，那么会被认为是声明而不是定义，编译器期望在其他编译单元找到 x 的定义。除了全局常量之外，不推荐全局变量。

C++ 要求定义只能有一个，不过头文件往往会破坏这一点，使用 #pragma once 可以解决这个问题。循环依赖也是一个问题，可以通过前向声明来解决，即使这样，也只能使用声明对象的指针或者引用，因为编译器不知道完整的定义。__has_include 能够确定头文件是否存在，结合 #if 选择要加载的头文件。

static 有很多用法，下面列举一些。比如之前提到的修改变量和函数的链接作用域。

static 可以修饰类的变量和函数，static 变量至于一份拷贝，在所有对象之外，static 成员函数也是类级别的，没有隐含 this 指针，因此也不能修饰为 const。

函数内部也能声明 static 变量，和全局变量类似，不过访问范围是函数内部。一般来说，要通过涉及避免函数内使用 static 变量。有时很有用，比如实现单例模式。

全局变量和 static 变量会在 main() 之前初始化，在同一个文件中，按照顺序初始化，但是不同文件中初始化顺序是未定义的，因此如果一个文件中的一个变量初始化依赖于另一个文件中的变量，未定义行为，不要依赖于此。析构的顺序与构造的顺序相反，当然，不同文件的不同变量顺序依旧不确定。