模块化程序设计（多文件编程）介绍

本文主要介绍模块化程序设计（多文件编程）的相关知识。

1 概述

模块化程序设计是指在进行程序设计时，将一个大程序按照功能划分为若干小程序模块，每个小程序模块完成一个特定的功能，然后在这些小程序模块之间建立必要的联系，通过这些小程序模块的互相协作，完成整个大程序功能的程序设计方法。

这里需要说明的是，模块化程序设计（开发）并非专指多文件编程，模块化程序设计（开发）的重点在于小功能模块的设计和协作，多文件编程只是将（一个或多个）“小程序模块”打包在单独的文件中，以文件的形式进行呈现，形成了多文件编程形式。

本文重点介绍多文件编程的方法。

2 多文件编程的方法

本文介绍两种多文件编程的方法，示例程序架构是：主函数中调用 fileA.cpp 中定义的函数 funA() 和 fileB.cpp 中定义的函数 funB()。

此处给出一个简单的示例，相关的示例代码如下。

文件 fileA.h 内容如下：

#include <iostream>using namespace std;int funA();

文件 fileA.cpp 内容如下：

#include "fileA.h"int funA()
{cout << "This is funA in fileA.cpp print out!" << endl;return 0;
}

文件 fileB.h 内容如下：

#include <iostream>using namespace std;int funB();

文件 fileB.cpp 内容如下：

#include "fileB.h"int funB()
{cout << "This is funB in fileB.cpp print out!" << endl;return 0;
}

文件 main.cpp 内容如下：

#include "fileA.h"
#include "fileB.h"int main()
{// 调用函数funA，函数funA在fileA.cpp中进行定义funA();// 调用函数funB，函数funA在fileA.cpp中进行定义funB();return 0;
}

2.1 方法1：直接编译包含模块功能的c/cpp文件

此方法中，主函数文件与功能模块（函数）文件之间的调用关系如下图所示：

对于示例代码文件，进行多文件编程，编译命令如下：

g++ -o main main.cpp fileA.cpp fileB.cpp

运行编译生成的 main 程序，结果如下：

总结：本方法通过在编译时直接包含 cpp 文件的形式，将主函数与相关的模块连接在了一起，在主函数中成功调用了函数 funA() 和函数 funB()，实现了模块间的协作。

2.2 方法2：使用共享库

此方法中，主函数文件与功能模块（函数）文件之间的调用关系如下图：

在使用共享库的场景下，需要先编译生成功能模块的共享库，编译命令如下：

g++ -shared -fPIC -o libfileA.so fileA.cpp
g++ -shared -fPIC -o libfileB.so fileB.cpp

运行上述编译命令后，会生成两个共享库：libfileA.so 和 libfileB.so。

在编译过程中，通过关联共享库，建立主函数与相应功能模块的关联关系，编译命令如下：

g++ -o main main.cpp -L . -lfileA -lfileB

说明：“-L”选项指定了共享库的位置；“-l”选项指定了共享库的名字。在运行生成的 main 程序之前，还需要指定程序运行时需要的共享库的路径（有多种方法可以使用，例如设置环境变量 LD_LIBRARY_PATH 的值）。

运行编译生成的 main 程序，结果如下：

总结：本方法通过在编译时连接共享库的形式，将主函数与相关的模块连接在了一起，在程序运行时，再根据设置的共享库的路径（例如设置环境变量 LD_LIBRARY_PATH 的值），去寻找 funA() 与 funB() 的具体定义，最终实现了模块间的协作。

说明：在实际的软件开发过程中，很多情况下都会使用“方法2（共享库）”进行模块化程序开发。使用共享库有如下优点：

共享库的函数在编译的时候并没有被编译进目标代码中，所以编译生成的程序不会太大；
共享库是独立于应用程序存在的，因此，用新版本的共享库替旧版本的共享库时，工作变得非常简单；
在软件开发过程中，厂商通常只提供头文件（.h）和共享库（.so）供开发者使用，这样开发者能够调用头文件中提供的接口，使用相应的功能，但是却看不见模块功能的源码信息，最终实现了在提供模块功能的同时又保证了模块封装性的目的。