C++初心者がヘッダーファイルに感じた「なぜ？」を掘り下げてみた

前提

この記事を書くのはC++初心者です。そしてこういう技術記事を書くのも初めてです。
ヘッダーファイルについて勉強していたら思ったより面白かったので、誰かに共有したくなってまとめました。
間違いがあっても「初心者の戯言」として優しく指摘してもらえると嬉しいです。
また、関連して面白い記事があれば、ぜひコメントで教えてください！

---

疑問

C++では、複数のファイルに分けてコードを書く場合、他ファイルの関数を使うには「使う側のファイル」でプロトタイプ宣言をしなければいけません。
しかし関数が何百、何千と増えてきたら毎回宣言を書くのは現実的ではありません。
そこで登場するのがヘッダーファイルです。
でも、ふと疑問が浮かびました。

「.cppファイルをそのままincludeすればいいのでは？」

これが今回のテーマです。

---

.cppをincludeするとどうなるのか

1. 多重定義が発生する

たとえば以下のようなコードを考えてみます。

// main.cpp
#include <iostream>
#include "foo.cpp"

int main() {
    foo();
}

// foo.cpp
#include <iostream>

void foo() {
    std::cout << "foo!!" << std::endl;
}

プリプロセッサは #include "foo.cpp" の行を、実際に foo.cpp の中身に置き換えます。
つまり、main.cppの中にfoo関数の定義がそのまま貼り付けられることになります。
このとき、もしビルド時に foo.cpp 自体も別途コンパイルされると、
foo() の定義が2つ存在することになり、「多重定義エラー」が発生します。

---

2. 翻訳単位の崩壊

では、もしfoo.cppをコンパイル対象から外せば動くのでは？
……動くには動きます。が、C++の根本的な仕組みが崩れてしまいます。

🧩 翻訳単位（translation unit）

コンパイラが1回のコンパイルで扱うソースコードの最小単位。

#includeなどのプリプロセス後の状態を指します。

通常、.cppはそれぞれが独立した「翻訳単位」としてコンパイルされる前提で設計されています。
しかし.cppを他の.cppにincludeすると、それが別の翻訳単位に埋め込まれる形になります。
その結果：

• foo.cppを変更するとmain.cppも再コンパイルが必要になる
• デバッグ時に「どのファイルのどの関数が悪いのか」追いづらくなる
  といった問題が起こります。
  つまり、「独立してコンパイルできる」というC/C++の大きな強みが失われてしまうのです。

---

C++の設計思想に触れてみる

C++は、大規模開発を支えるためのC言語の拡張として生まれました。
C言語では、1つの大きなプログラムを小さく分け、個別にコンパイルして後でリンクする仕組みが取られていました。
これが「翻訳単位」という仕組みです。
C++はこの構造をそのまま引き継ぎました。
つまり、他の.cppの関数を使うためには「宣言だけ共有する」必要があります。
この“宣言だけ共有”を実現するための仕組みが、ヘッダーファイルです。

C++は“古い仕組みを守りつつ拡張した言語”だからこそ、

.h + .cppという構成が必要になったのです。

---

他の言語ではどうしてるの？

「でも、C++以外ではこんな面倒な仕組みを聞いたことがない…」
そう思って他の言語も調べてみました。

🟦 Java

宣言と定義を同じファイルに書きます。

public class Greeter {
    public void greet() {
        System.out.println("Hello");
    }
}

他のファイルでは import 文で参照します。
宣言と定義を分けるという概念がそもそも存在しません。

---

🟨 Python

# greeter.py
def greet():
    print("Hello")

# main.py
import greeter
greeter.greet()

動的型付け言語なので、型情報や宣言を明示する必要がありません。
importするだけで関数を呼び出せます。

---

🟩 C#

namespace Utility {
    public class Greeter {
        public static void Greet() {
            Console.WriteLine("Hello");
        }
    }
}

C#ではビルド時にソースコードを「アセンブリ（DLL）」にまとめます。
参照時はDLLを読み込むだけでOK。
依存関係の管理はIDE（Visual Studioなど）が自動で行います。

---

🟦 Go

// greeter.go
package greeter

func Greet() {
    fmt.Println("Hello")
}

Goコンパイラはパッケージ構造を理解しており、
importだけで依存解決を行える仕組みです。

---

そしてC++の答え：Modulesの登場

C++20では、ついにModulesという仕組みが導入されました。
ヘッダーではなくmodule、#includeではなくimportで記述します。

// util.ixx
export module util;
export void greet();

// util.cpp
module util;
#include <iostream>
void greet() {
    std::cout << "Hello from module!";
}

// main.cpp
import util;
int main() {
    greet();
}

まだ勉強中ですが、ヘッダーと同様の機能をより安全・高速に行える新しい仕組みのようです。
いつか「include地獄」が終わる日が来るかもしれません。

---

最後に

初心者の拙い記事を最後まで読んでくれて本当にありがとう。
moduleの仕組みをちゃんと理解できたら、またこの続きを書きたいと思います。
あなたのプログラミングの旅路が、いい冒険になりますように。✨