【C++】使用C++20的模块（c++20模块化）

引言

从C++11开始，C++经历了11、14、17、20、23等多个版本更新。C++23标准虽然已经发布了，但编译器实现还处在实验中。其他几个版本中，C++11和C++20是两个大版本，它们包含的特性能够显著改变程序员的生活。C++11已经广泛使用了，但C++20还在普及当中，距离普遍使用估计还有一段时间。

今天想分享一下C++20中的模块，主要是感觉这个特性实在算得上一次语言革命。其他的特性当中，许多是“由专家设计并为专家设计”，但模块特性足以影响到每一个程序员的日常。

模块示例

过去组织程序的方式主要是通过头文件(.h)声明接口，源文件(.cpp)实现接口，有了模块以后，声明和实现可以写在一个模块接口单元文件(.ixx)当中。以下是一个简单的示例，文件名称是basefunction.ixx。

整个文件分为三部分:

第一部分使用export和module关键字导出一个模块，语法是export module NAME，NAME就是要导出的模块名称；

第二部分使用export导出接口，其实就和普通的接口声明一样，只不过在声明前加一个export关键字，表明这个接口要给客户使用。这里分别导出了一个函数和一个类。导出一个类，意味着其所有公共接口被导出。

第三部分实现了接口定义，和普通的函数/类定义没有区别。因为模块只会被编译一次，所以将定义和声明放在一起，不会导致多重定义。

下面调用一下模块BaseFunction中的函数，测试如下：

首先使用import关键字导入模块，接着使用模块中的接口，最后得到结果。

使用模块

要使用模块特性，需要针对编译器做一些设置。IDE使用visual studio 2022，新建一个C++工程项目firstApp，然后依次点击项目-firstApp属性，界面如下：

在语言界面将C++标准设置为最新，并将最后两个模块选项设置为是，然后应用。

接下来就可以创建模块单元了，在新建文件页面，文件类型选择模块接口单元，创建完成后就可以编写前面的代码了。

模块特点

相比于传统的.h/.cpp方式，模块的特点主要有以下几个：

1. 编译时间短：对于.h文件，如果被100个翻译单元包含，该文件就要被处理100次，对于模块只会被处理一次。
2. 不依赖顺序，如果h2中包含了h1， 那么h2中的宏定义可能会影响到h1中的代码定义。对于模块来说没有这个问题。
3. 没有传染性，如果h2包含了h1，当其他文件引用h2的时候被迫引用了h1。对于模块来说，m2中导入了m1，当用户导入m2的时候并不会一并导入m1，这意味着模块没有传染性。
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我觉得其中最重要的一点可能就是编译时间了，书上的说法是：

在代码量大了10倍的前提下，编译速度还快了10倍！！这是什么概念呢？意味着原来需要编译一个小时的工程，现在可能几分钟就好了。仅此一点，我多么盼望C++20能够早日进入工作中！

总结

C++20在2020年底发布，引入了一些重大革新，包含模块、概念、协程、范围、视图、管道等，其中前三个是语言层面的变化，后三个是标准库中的变化，还有一些其他的更新。总之，C++20足以改变程序员对于编程的思考方式。

今天主要分享了模块的基本用法，主要涉及export/import关键字，export用来导出一个模块和接口，import用来导入一个模块。一般情况下，模块中的声明和定义写在一个ixx文件中，如果想把声明和定义分开，也可以实现，下面是一个示例：

模块最显著的优点是可以大幅缩短程序的编译时间，这对于实际工程非常有益处。另外考虑到旧代码的迁移成本，C++20标准允许模块和头文件混合使用。

从语法上看，模块应该是借鉴了Python，不知道未来C++会不会发展成C++Py。