データ博士

C++では、宣言と定義が分かれていることがよくあります。 宣言はヘッダーファイルと呼ばれるファイルにまとめ、それぞれの実装はソースファイルに書きます。 ヘッダーファイルは、APIだと考えてみるとわかりやすいでしょう。 ヘッダーファイルは、コードベースが_何_を提供しているかを教えてくれますが、_どのように_提供しているかの詳細には触れません。

ヘッダーとソース

ヘッダーファイルの拡張子として最もよく使われるのは.hです。 プロジェクトによっては.hppを使ったり、拡張子をまったく付けなかったりします。

定義は、別の.cppファイルに書きます。 この2つを結びつけるために、ソースファイルは対応するヘッダーファイルを_インクルード_することから始まります。

よく使う関数"super_root"を提供する"quick_math"というライブラリを書きたい場合、ファイルは次のようになります。

// A file named quick_math.h
#pragma once
namespace quick_math {
    double super_root(double x, int n);
}

// A file named quick_math.cpp
#include "quick_math.h"
#include <cmath>
double quick_math::super_root(double x, int n) {
    while(n) { x = std::sqrt(x), --n;}
    return x;
}

実装でだけ必要なヘッダーをインクルードする場合は、対応する#includeの行はソースファイルにだけ書けば済みます。 ヘッダーでインクルードしたものはすべて.cppファイルでも使えます。たとえば、下の例のstringライブラリのようにです。 注意: ヘッダーファイルでは宣言のあとに;が必要ですが、ソースファイルでは定義のあとに;は必要ありません。

クラスとヘッダー

クラスはとても複雑になることがあり、ヘッダーとソースの役割分担との関係はわかりにくく感じられるかもしれません。 1つのやり方として、実装の詳細はすべてソースファイルに置き、宣言とメンバー変数はすべてヘッダーに置くという構成があります。

// A file named robot_flower.h
#if !defined(ROBOT_FLOWER_H)
#define ROBOT_FLOWER_H
#include <string>
namespace robots {
    class Flower {
        private:
            bool needs_water{};
            int size{};
            std::string name{};
        public:
            Flower(std::string name, int size = 0);
            void give_water();
            std::string get_name();
            int get_size();
            void start_next_day();
    };
}
#endif

// A file named robot_flower.cpp
#include "robot_flower.h"
robots::Flower::Flower(std::string name, int size) {this->name = "Robotica " + name; this->size = size;}
void robots::Flower::start_next_day() {if (!needs_water) ++size; needs_water = true;}
std::string robots::Flower::get_name() {return name;}
int robots::Flower::get_size() {return size;}

ヘッダーをAPIの概要として使う場合、デフォルト値のような情報を探すのはそのヘッダーです。 そのため、コンストラクターのsize仮引数のデフォルト値は、実装ではなくヘッダーで扱います。 ソースファイルの定義には、名前空間robotsとクラス型Flowerを先頭に付けます。

もう1つの構成は、.cppファイルをまったく持たない、_ヘッダーのみ_のライブラリです。

// A file named robot_flower.h
#pragma once
#include <string>
namespace robots {
    class Flower {
        private:
            bool needs_water{};
            int size{};
            std::string name{};
        public:
            Flower(std::string name, int size = 0) {this->name = "Robotica " + name; this->size = size;}
            void give_water() {needs_water = false;}
            std::string get_name() {return name;}
            int get_size() {return size;}
            void start_next_day() {if (!needs_water) ++size; needs_water = true;}
    };
}

プロジェクトによってはこうした構成を組み合わせて使うこともあり、それぞれの用途にどれが最適かについては、さまざまな議論があります。

インクルードガード

上のヘッダーファイルの例にあった#pragma onceの行に気づいたかもしれません。 これはインクルードガードと呼ばれるもので、コンパイル時にファイルの内容が一度だけインクルードされるようにして、エラーを防ぎます。 インクルードガードには、#ifndefで始まり#endifで終わる、より複雑な書き方もあります。 役割は同じで、その使い方は上のFlowerクラスの例で示しています。