比较标头单元、模块和预编译标头

以前，可以使用 #include <vector> 这样的指令来包含标准库。 但是，包含头文件的成本很高，因为它们由包含它们的每个源文件进行重新处理。

引入了预编译标头 (PCH)，通过翻译一次并重用结果来加速编译。 但预编译标头可能难以维护。

在 C++20 中，模块的引入是对头文件和预编译标头的重大改进。

标头单元是在 C++20 中引入的，用于暂时弥合头文件与模块之间的差距。 当你迁移代码以使用模块时，它们提供了模块的一些速度和可靠性优势。

然后，C++23 标准库引入了对将标准库导入为命名模块的支持。 这是使用标准库最快、最可靠的方式。

为了帮助你理清不同的选项，本文将传统的 #include 方法与预编译标头、标头单元和导入命名模块进行了比较。

下表按编译器处理速度和可靠性排列，#include 是最慢且最不可靠的，import 是最快且最可靠的。

方法	总结
#include	一个缺点是它们公开宏和内部实现。 内部实现通常公开为以下划线开头的函数和类型。 这是一种约定，表明某些内容是内部实现的一部分，不应使用。 头文件很脆弱，因为 #include 的顺序可能会修改行为或破坏代码，并且会受到宏定义的影响。 头文件编译速度缓慢。 特别是当多个文件包含同一个文件时，因为头文件会被多次重新处理。
预编译头	预编译标头 (PCH) 通过创建一组头文件的编译器内存快照来缩短编译时间。 这是对重复重新生成头文件的改进。 PCH 文件存在一些限制，导致它们难以维护。 PCH 文件的速度比 #include 快，但比 import 慢。
标头单元	这是 C++20 中的一项新功能，可用于将“行为良好”的头文件作为模块导入。 标头单元的速度比 #include 快，更易于维护，明显更小，并且也比预编译标头文件 (PCH) 更快。 标头单元是一个“中间”步骤，旨在帮助转换为命名模块，以防依赖头文件中定义的宏，因为命名模块不会公开宏。 标头单元比导入命名模块慢。 标头单元不受宏定义的影响，除非在生成标头单元时在命令行上指定它们，这使得它们比头文件更可靠。 标头单元会公开其中定义的宏和内部实现，就像头文件一样，而命名模块不会这样做。 作为文件大小的粗略近似值，250 MB 的 PCH 文件可由 80 MB 的标头单元文件表示。
模块	这是导入功能最快、最可靠的方式。 C++20 中引入了对导入模块的支持。 C++23 标准库引入了本主题中描述的两个命名模块。 导入 std 时，可获得标准名称，例如 std::vector、std::cout，但没有扩展名，没有内部帮助程序（例如_Sort_unchecked），也没有宏。 导入顺序并不重要，因为没有宏或其他副作用。 作为文件大小的粗略近似值，250 MB 的 PCH 文件可由 80 MB 的标头单元文件表示，而这可由 25 MB 的模块表示。 命名模块速度更快，因为当命名模块编译为 .ifc 文件和 .obj 文件时，编译器会发成源代码的结构化表示形式，在导入模块时可以快速加载该表示形式。 编译器可以在发出 .ifc 文件之前执行一些工作（例如名称解析），因为命名模块与顺序和宏无关，因此在导入模块时不必完成这项工作。 相比之下，当通过 #include 使用头文件时，必须在每个翻译单元中一次又一次地预处理和编译其内容。 预编译标头是编译器内存快照，可以降低这些成本，但效果不如命名模块。

如果可以在应用中使用 C++20 功能和 C++23 标准库，请使用命名模块。

如果可以使用 C++20 功能但希望随着时间的推移过渡到模块，请在此期间使用标头单元。

如果无法使用 C++20 功能，请使用 #include 并考虑预编译标头。

另请参阅

预编译标头文件
C++ 中的模块概述
教程：使用模块导入 C++ 标准库
演练：导入 STL 库作为标头单位
演练：在 Visual C++ 项目中生成和导入标头单元