C++20 模块用户视角下的最佳实践

C++20 模块用户视角下的最佳实践

在当前的技术环境下，关于 C++20 模块的文章、演讲和介绍已比比皆是。它们大多集中在工具链的介绍或抱怨上，而在用户层面的探讨相对较少。

一方面，工具链确实非常重要，是大范围使用 C++20 模块的基础。另一方面，从语言特性角度看，C++20 模块与协程、概念、反射及合约等特性相比，可以说非常简单。

即便 C++20 模块在语言层面已非常简单，共享一些使用经验依然有价值。

标题中的'用户视角'，指的是不关心选择什么编译器、构建系统，编译器如何实现模块，以及不同编译器的行为差异等事项。而是作为一个 C++ 库的维护者或项目的最佳实践管理者，在语言层面该如何使用 C++20 模块。

这里强调'用户视角'的原因是我想总结一些很有价值但还没说的东西，并不是指现在工具链一切都就绪了。

内容可分为两部分：如何为当前使用头文件的项目提供 C++20 模块包装器（但依然使用头文件开发），以及在模块中本地地组织代码。

本文各节保持独立，兴趣不同的读者可跳过不感兴趣的内容。如如果你想开始在全新项目中使用 C++20 模块，只看'模块本地'相关节即可，这其实是最简单的部分。

C++20 模块的好处

在介绍实践方式前，先介绍下 C++20 模块的好处，为之后介绍不同实践方式的原因做铺垫。C++20 模块的设计目的主要有：

1. 更快的编译速度
2. 避免 ODR 违规
3. 控制 API 可见性
4. 避免宏污染

其中更快的编译速度和避免 ODR 违反两个目的，都是用 C++20 模块可为每一个声明提供唯一一个归属的 TU（翻译单元）来达到的。

更快的编译速度（和更小的代码体积）

之前有人认为 C++20 模块不过是标准化的 PCH 或标准化的 Clang 头模块。这都不对。PCH 或 Clang 头模块避免不同 TU 重复的预处理/语法分析以减少编译时间。

而 C++20 模块在此之上，还可避免相同声明在编译器后端的重复优化与编译。而对很多项目而言，编译器后端的优化和编译才是耗时的主要来源。

例如：

// A.h
inline void func_a() { ... }

该写法会让每一个包含 a.h 且引用到了 func_a() 的 TU 都对 func_a() 做优化及生成代码。

而使用模块的写法：

export module a;
export int func_a() { ... }

无论有多少 TU 引用了 func_a()，编译时，这些 TU 都不会再对 func_a() 做重复的优化和生成代码。

这是 C++20 模块相比于 PCH 或 Clang 头模块能提升更多编译速度的一个点。

比起全局函数，更常见的是类内内联函数，即：

class A {
public:
    void a() { ... }
};

C++20 标准规定，在命名模块中的类内内联函数不再是隐式内联。即当 在命名模块中时，只应该在命名模块对应的目标文件中放置 的定义，而不会被不同客户重复优化/编译。