Bibliotecas solo de cabecera frente a compiladas

Las bibliotecas de C++ se distribuyen de dos formas:

• Solo de cabecera: la implementación está en las cabeceras y el consumidor lo compila todo
• Compiladas: los archivos fuente independientes se compilan en una biblioteca estática o compartida

Ventajas:

• Integración trivial: copie e incluya
• No requieren configuración de compilación
• Funcionan con distintos compiladores y estándares
• El compilador puede aplicar inline de forma agresiva

Desventajas:

• Compilaciones lentas: cada consumidor recompila todo
• La ABI depende de la configuración con la que compile el consumidor
• La implementación queda visible para todos los consumidores
• Aumentan el tamaño del binario si muchas TU utilizan las mismas plantillas

Muchas bibliotecas populares se distribuyen solo como cabeceras:

• nlohmann/json
• spdlog (en modo solo de cabecera)
• cxxopts
• Catch2 (variante solo de cabecera)

Ventajas:

• Compilación rápida para los consumidores
• Los detalles de implementación quedan ocultos
• Las plantillas se instancian una sola vez
• Se pueden distribuir como binarios, sin revelar el código fuente

Desventajas:

• La compatibilidad de la ABI es frágil
• La configuración de compilación debe coincidir entre la biblioteca y el consumidor
• La vinculación estática aumenta el tamaño de los binarios; la dinámica requiere cargar la biblioteca en tiempo de ejecución

Hay dos formas de bibliotecas compiladas:

• Estáticas (.a, .lib): se vinculan al ejecutable durante la compilación
• Compartidas (.so, .dll, .dylib): se cargan en tiempo de ejecución

Las plantillas dificultan la distribución de bibliotecas que no sean solo de cabecera: el código genérico se instancia para cada consumidor. Algunas bibliotecas proporcionan un núcleo «no basado en plantillas» en un archivo .a compilado y cabeceras para las plantillas más finas.

Algunas bibliotecas admiten ambos enfoques: un modo de una sola cabecera para un uso rápido y un modo con varios archivos para acelerar las compilaciones.

Si su biblioteca solo de cabecera es grande, las cabeceras precompiladas (PCH) pueden acelerar significativamente las compilaciones del consumidor.

Los módulos de C++20 prometen sustituir a las cabeceras: ofrecen mejor encapsulación, compilaciones más rápidas y menor dependencia del preprocesador. Su adopción es gradual debido al nivel de compatibilidad de los compiladores y las herramientas.

Guía rápida:

• Bibliotecas de utilidades pequeñas → solo de cabecera
• Bibliotecas grandes con una implementación considerable → compiladas
• Bibliotecas con muchas plantillas → solo de cabecera o híbridas

¿Cuál es la mayor desventaja de las bibliotecas solo de cabecera para los consumidores?

Las bibliotecas solo de cabecera son fáciles de integrar, pero ralentizan las compilaciones del consumidor. Las bibliotecas compiladas son más rápidas de usar, pero más difíciles de distribuir. Las plantillas favorecen el enfoque solo de cabecera; las implementaciones grandes favorecen el compilado. En el futuro, los módulos de C++20 podrían sustituir a las cabeceras.