为何op_and构造函数无法找到？C++循环依赖问题排查

问题场景 #

当在op.h中定义op_and* operator&(data& left, data& right)时，代码可以正常运行：

/* data.h */
#ifndef _DATA_H
#define _DATA_H
#include <string>
#include <utility>
#include "node.h"
#include "op.h"

struct data: node{
    std::string name;
    int width;
};

#endif //_DATA_H

/* op.h */
#ifndef _OP_H
#define _OP_H
#include <string>
#include <utility>
#include "node.h"
#include "data.h"

struct op: node {
    const std::string symbol;
    explicit op(data& left, data& right, std::string symbol):
    node(left, NODES::EMPTY, right), symbol(std::move(symbol)){}
};

struct op_and: op{
    explicit op_and(data& left, data& right):
    op(left, right, "&"){}
};

op_and* operator&(data& left, data& right){
    return new op_and(left, right); // 此处正常运行
}
#endif //_OP_H

但将该operator&定义移到data.h中时，IDE会提示No matching constructor for initialization of "op_and"：

/* data.h */
#ifndef _DATA_H
#define _DATA_H
#include <string>
#include <utility>
#include "node.h"
#include "op.h"

struct data: node{
    std::string name;
    int width;
};

op_and* operator&(data& left, data& right){
    return new op_and(left, right); // 此处报错，无法找到op_and(data&, data&)
}

#endif //_DATA_H

原因分析：循环依赖的预编译过程 #

这是典型的循环依赖问题。当data.h中先包含op.h时，预编译的实际执行顺序如下：

#ifndef _DATA_H
#define _DATA_H

#include <string>
#include <utility>
#include "node.h"

#ifndef _OP_H
#define _OP_H

/* 开始包含"op.h" */
#include <string>
#include <utility>
#include "node.h"
#include "data.h" // 由于_DATA_H已定义，此处无内容引入

struct op: node {
public:
    const std::string symbol;
    explicit op(data& left, data& right, std::string symbol): // 符号"data"尚未声明
            node(left, NODES::EMPTY, right), symbol(std::move(symbol)){}
};

struct op_and: op{
public:
    explicit op_and(data& left, data& right): // 符号"data"尚未声明
            op(left, right, "&"){}
};

#endif //_OP_H
/* 结束包含"op.h" */

struct data: node{
    std::string name;
    int width;
};

op_and* operator&(data& left, data& right){
    return new op_and(left, right); // 报错
}

#endif //_DATA_H

此时struct op、struct op_and的定义均无效——因为它们依赖的data类型还未被声明。后续operator&中尝试调用op_and的构造函数时，编译器无法识别有效的op_and(data&, data&)构造函数，因此报错。

解决方案 #

调整头文件包含顺序，将#include "op.h"放到struct data的定义之后，确保op.h中的代码能看到完整的data类型定义：

#ifndef _DATA_H
#define _DATA_H

#include <string>
#include <utility>
#include "node.h"

struct data: node{
    std::string name;
    int width;
};

#include "op.h"

op_and* operator&(data& left, data& right){
    return new op_and(left, right);
}

#endif //_DATA_H

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Kera