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C++中的模块(Modules)是什么?(C++20如何取代头文件)

穿越時空

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发布时间:2026-02-11 11:07:29

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来源于php中文网

原创

模块是编译模型重构而非头文件语法糖,它跳过预处理、生成二进制接口单元(BMI),不导出宏、不重复解析,需编译器标志和构建流程支持,目前MSVC支持最稳。

c++中的模块(modules)是什么?(c++20如何取代头文件)

模块不是头文件的语法糖,而是编译模型的重构

模块不是“带 import 的头文件”,它彻底绕开了预处理阶段。传统头文件靠 #include 复制文本、宏展开、重复解析,而模块把接口声明(export module)和实现(module)编译成二进制接口单元(BMI),被导入时直接加载符号信息,不重跑预处理器、不重复编译模板、不污染全局宏。

这意味着:头文件里写 #define DEBUG 1,所有 #include 它的 TU 都受感染;模块里定义的宏根本不会导出,import 后也看不见。

怎么写一个最简可用的 C++20 模块

模块分两部分:接口单元(必须 export module)和实现单元(可选,用 module 声明)。不能混在同一个文件里用 export modulemodule

  • 接口文件 math.mpp(后缀无强制要求,但别用 .h.hpp,避免被旧构建系统误当头文件):
    export module math;
    export int add(int a, int b) { return a + b; }
  • 实现文件 math_impl.cpp(可选,用于分离声明与定义):
    module math;
    int multiply(int a, int b) { return a * b; }
  • 使用方 main.cpp
    import math;
    int main() { return add(2, 3); }

关键点:import 语句必须出现在任何声明之前(包括 #include),且不能出现在头文件里——模块不能被头文件包含。

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Clang/GCC/MSVC 对模块的支持现状很现实

不是“开了 -std=c++20 就能用”,模块需要额外编译器标志和构建流程配合:

  • Clang 17+:需 -fmodules-ts(已过时)或 -fmodules + -x c++-system-header 等组合,BMI 输出路径需手动管理,import 查找依赖 modulemap 或显式 -fmodule-file=
  • GCC 11+:实验性支持,用 -fmodules-ts,但不生成标准 BMI,而是内部表示;不支持跨 TUs 导入模板定义,实际项目中容易卡在“找不到符号”
  • MSVC 19.28+(VS 2019 16.9+):目前最稳,用 /experimental:module,自动处理 BMI 生成与查找,但要求所有模块源文件统一用 .ixx 后缀(接口)和 .cppm(实现),且不能和传统头文件混用同一构建目标

错误现象常见:error: expected unqualified-id before 'import' —— 编译器根本没启用模块支持;fatal error C1114: cannot import module 'math' —— MSVC 下忘了加 /experimental:module 或路径没对上。

模块不能解决所有头文件问题,尤其别指望它自动处理宏和条件编译

模块导出的是声明和定义,不是文本。这意味着:

  • export 不会导出 #defineimport 后无法访问模块内定义的宏
  • #ifdef 在模块接口单元里仍有效,但它只作用于该 TU 编译过程,不影响其他 import
  • 传统库(如 Boost、Eigen)短期内不可能改模块,你得继续 #include 它们;混合模式下,#include 必须放在 import 之前,否则 Clang/MSVC 会报错
  • 模板隐式实例化仍发生在使用点,模块只是让声明更干净——但如果你在模块里写了 export template struct Vec { T data; };,用户 import 后仍需看到完整定义才能实例化,所以接口单元常要内联实现

真正卡住落地的,从来不是语法,而是构建系统能否可靠生成、缓存、复用 BMI,以及团队是否接受“一个模块 = 一组固定命名、固定依赖、不可被宏劫持”的契约。这点比学会写 export module 难得多。

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