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C++项目架构设计:基于Core Guidelines的模块划分策略【大型工程实践】

穿越時空

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发布时间:2026-01-19 08:29:55

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来源于php中文网

原创

模块是可独立编译测试、有明确定义接口的单元,需通过头文件隔离、C++20 modules、CMake依赖控制及clang-tidy静态检查实现物理边界,链接错误才是真实边界。

c++项目架构设计:基于core guidelines的模块划分策略【大型工程实践】

大型C++项目一旦模块边界模糊,include 乱引、头文件爆炸、编译时间飙升、改动一处牵动全链路——这不是设计问题,是架构失控的明确信号。Core Guidelines 不是教条清单,而是对这类失控的系统性响应:它把“模块”定义为可独立编译、可独立测试、有明确定义接口的单元,而非逻辑分组或目录命名。

interfaceimplementation 分离强制约束头文件暴露面

Core Guidelines 明确要求:所有对外接口必须收口在 *.h*.hxx(非 *.hpp)中,且该头文件不得包含任何实现细节(如私有成员定义、内联函数体、模板具体化)。真实工程中,90% 的隐式依赖都源于头文件里悄悄 #include 了不该暴露的内部头。

  • 每个模块只允许一个公共头文件,命名与模块名一致,例如 network_client.h
  • 该头中仅声明 classstructenum 及其公有成员函数签名;私有成员全部移入 network_client_impl.h(不对外安装)
  • 禁止在公共头中使用 std::vector 等模板实例化类型——改用 std::vector*std::unique_ptr<:vector>> 或 PIMPL
  • 若必须导出模板,将其置于 network_client.tpp(非 .inl),并在公共头末尾 #include "network_client.tpp",确保使用者显式触发实例化

module interface unit(C++20)替代传统头文件依赖树

C++20 modules 不是“更快的头文件”,它是打破文本包含模型的根本手段。在已启用 /experimental:module(MSVC)或 -fmodules-ts(Clang)的项目中,模块接口单元能彻底切断宏污染、ODR 违规和隐式重编译链。

  • 每个模块必须有且仅有一个 module interface unit,后缀为 .ixx(MSVC)或 .cppm(Clang/GCC),例如 core_logging.ixx
  • 该文件以 export module core_logging; 开头,所有需导出的声明前加 export,未标记者默认不可见
  • 禁止在 .ixx#include 任何传统头文件——改用 import std.memory; 等标准模块(若可用)或封装为 module std_headers { #include }
  • 模块实现单元(.cpp)通过 import core_logging; 使用,不再需要 #include "core_logging.h",也不再受其宏定义影响

target_link_libraries + INTERFACE_INCLUDE_DIRECTORIES 控制依赖可见性

CMake 是模块物理边界的守门人。仅靠目录结构无法阻止开发者 #include "src/infra/cache/lru_cache.h"。必须用 CMake target 层级策略让非法引用在编译期报错。

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  • 每个模块定义为独立 add_library( INTERFACE)STATIC,例如 add_library(network_client STATIC network_client.cpp)
  • target_include_directories(network_client INTERFACE $) 限定对外暴露路径
  • 下游模块通过 target_link_libraries(app PRIVATE network_client) 建立依赖,此时只有 network_clientINTERFACE 包含路径对 app 可见
  • 禁用全局 include_directories();禁用 target_include_directories(... PUBLIC ...)(除非是真正跨模块共享的基类头)

clang-tidygoogle-build-explicit-make-pair 类规则做静态边界检查

人工审查无法覆盖每日数百次提交。必须将模块契约编码为机器可验证规则。Clang-Tidy 的 misc-definitions-in-headerscppcoreguidelines-special-member-functions 等规则只是起点;关键是要自定义规则拦截越界访问。

  • 启用 -Wundefined-internal(Clang)或 /diagnostics:caret(MSVC)捕获因头文件缺失导致的符号未定义,这往往是模块拆分不彻底的征兆
  • 编写自定义 Clang-Tidy 检查器:当源文件 #include 路径匹配 "^src/(?!core|utils)/" 但当前 target 名为 core_.* 时,报错“core 模块不得依赖业务层头文件”
  • CI 流程中强制运行 clang-tidy --checks="*,cppcoreguidelines-*" --header-filter="^include/.*\.h$" *.cpp,失败即阻断合并
  • 注意:不要依赖 IWYU(Include What You Use)自动修复——它可能把 std::string 的依赖从 改成 ,破坏 ABI 兼容性
// core_logging.ixx(C++20 module interface unit)
export module core_logging;

import std.core;
import std.memory;

export namespace core {
    enum class log_level { debug, info, warning, error };

    export class logger {
    public:
        explicit logger(std::string_view name);
        void log(log_level level, std::string_view msg);

    private:
        struct impl;
        std::unique_ptr pimpl_;
    };
}

模块不是画在白板上的方框,是编译器拒绝链接时你看到的那行错误——undefined reference to 'core::logger::log(core::log_level, std::string_view)'。真正的边界,永远由链接器裁定,而不是架构图。

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