在开发 C++ 时，可能会遇到 incomplete type(不允许使用不完整的类型) 的错误，这个错误的背后隐藏着 C++ 编译器一个经典且合理的规则，本文来简单介绍下。

编译规则

这个规则是：当我们需要一个类的“实体（对象）”时，编译器必须看到它的完整定义；而当我们只需要一个“指针”时，仅仅给编译器一个前向声明就足够了。

来看看具体的案例，这里定义一个实体：

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class Test;

void fun() {
  Test a;
}

这段代码会编译报错：error: aggregate 'Test a' has incomplete type and cannot be defined。

而如果我们不定义实体，而只是定义一个指针的话，编译是成功的：

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class Test;

void fun() {
  Test *a;
}

实体与指针

那么实体与指针到底会有什么区别，编译器是怎么看待类的？

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class Test {
public:
	int i;
};

void fun() {
	Test a;
	a.i = 1;
}

void fun2() {
	Test *a;
	a = new Test(); // 注意这里会触发分配内存，所以需要存在类定义才能编译通过
	a->i = 1;
}

实际上我们可以通过反汇编生成的二进制文件可知，在最终的机器码中，‘类’这个高级概念已经被抹除了。编译器在计算好内存布局后，所有的成员变量访问都会变成直接的内存地址偏移（如 [r7, #4]），所有的成员函数调用也会变成普通的函数符号调用。

在定义实体时，为了计算内存大小（sizeof）和进行正确的内存布局，编译器必须看到类的完整“定义”。

而在定义指针时，它只是一个内存地址。 无论这个指针指向的是一个极其简单的 int，还是一个极其复杂的超大类对象，指针本身在内存中占据的大小是固定的，所以，只需要提供一个声明。

规则合理性分析

既然编译器这么聪明，为什么不干脆强制要求所有情况都引入完整定义呢？这样岂不是更省事？

C++ 允许“指针只需声明”这一设定，是经过深思熟虑的，它带来了两个极其重要的好处：

1. 解决“鸡生蛋，蛋生鸡”的循环依赖问题

假设你有两个类：Husband (丈夫) 和 Wife (妻子)。丈夫类里需要记录自己的妻子，妻子类里也需要记录自己的丈夫。

如果你在两个类的头文件里互相包含（#include）对方的定义，编译器就会陷入死循环。但因为有了这个规则，你可以在类里使用指针配合声明来完美破局：

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// 只需要声明有 Wife 这个类存在即可
class Wife; 

class Husband {
    Wife* myWife; // 因为是指针，编译器只要声明就够了！
};

2. 极大提升编译速度（Pimpl 惯用法）

在大型 C++ 项目中，如果一个头文件被修改了，所有包含了这个头文件的代码都要重新编译。如果类的实体到处都是，头文件的依赖网会变得无比复杂，改一个变量可能导致整个项目编译更久。

利用“指针只需声明”的特性，C++ 演化出了著名的 Pimpl (Pointer to implementation) 惯用法。把类的私有实现细节隐藏在一个结构体里，并在对外头文件中只放一个指向该结构体的指针。这样一来，无论你怎么修改内部实现，对外的头文件都不需要变，其他包含了这个头文件的文件也完全不需要重新编译，极大地拯救了编译时间。