詳解C 語言項(xiàng)目中.h文件和.c文件的關(guān)系

在編譯器只認(rèn)識(shí).c(.cpp))文件，而不知道.h是何物的年代,那時(shí)的人們寫了很多的.c(.cpp)文件，漸漸地，人們發(fā)現(xiàn)在很多.c(.cpp)文件中的聲明語句就是相同的，但他們卻不得不一個(gè)字一個(gè)字地重復(fù)地將這些內(nèi)容敲入每個(gè).c(.cpp)文件。但更為恐怖的是，當(dāng)其中一個(gè)聲明有變更時(shí)，就需要檢查所有的.c(.cpp)文件。

    于是人們將重復(fù)的部分提取出來，放在一個(gè)新文件里,然后在需要的.c(.cpp)文件中敲入#include XXXX這樣的語句。這樣即使某個(gè)聲明發(fā)生了變更，也再不需要到處尋找與修改了。因?yàn)檫@個(gè)新文件，經(jīng)常被放在.c(.cpp)文件的頭部，所以就給它起名叫做“頭文件”，擴(kuò)展名是.h。

    在我們語言的初學(xué)階段，往往我們的程序只有一個(gè).c的文件或這很少的幾個(gè)，這時(shí)我們就很少遇到頭文件組織這個(gè)頭疼的問題，隨著我們程序的增加，代碼 量到了幾千行甚至幾萬行，文件數(shù)也越來越多。這時(shí)這些文件的組織就成了一個(gè)問題，其實(shí)說白了這些文件的組織問題從理論上來說是軟件工程中的模塊設(shè)計(jì)等等的問題。

    頭文件的作用的簡(jiǎn)短描述:

（1）通過頭文件來調(diào)用庫功能。在很多場(chǎng)合，源代碼不便（或不準(zhǔn)）向用戶公布，只要向用戶提供頭文件和二進(jìn)制的庫即可。用戶只需要按照頭文件中的接口聲明來調(diào)用庫功能，而不必關(guān)心接口怎么實(shí)現(xiàn)的。編譯器會(huì)從庫中提取相應(yīng)的代碼。
（2）頭文件能加強(qiáng)類型安全檢查。如果某個(gè)接口被實(shí)現(xiàn)或被使用時(shí)，其方式與頭文件中的聲明不一致，編譯器就會(huì)指出錯(cuò)誤，這一簡(jiǎn)單的規(guī)則能大大減輕程序員調(diào)試、改錯(cuò)的負(fù)擔(dān)。

    比方說 我在aaa.h里定義了一個(gè)函數(shù)的聲明，然后我在aaa.h的同一個(gè)目錄下建立aaa.c ， aaa.c里定義了這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，然后是在main函數(shù)所在.c文件里#include這個(gè)aaa.h  然后我就可以使用這個(gè)函數(shù)了。 main在運(yùn)行時(shí)就會(huì)找到這個(gè)定義了這個(gè)函數(shù)的aaa.c文件。這是因?yàn)椋簃ain函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)C/C++的程序入口，編譯器會(huì)先找到該函數(shù)所在的文件。假定編譯程序編譯myproj.c（其中含main()）時(shí)，發(fā)現(xiàn)它include了mylib.h（其中聲明了函數(shù)void test()），那么此時(shí)編譯器將按照事先設(shè)定的路徑（Include路徑列表及代碼文件所在的路徑）查找與之同名的實(shí)現(xiàn)文件（擴(kuò)展名為.cpp或.c，此例中為mylib.c），如果找到該文件，并在其中找到該函數(shù)（此例中為void test()）的實(shí)現(xiàn)代碼，則繼續(xù)編譯；如果在指定目錄找不到實(shí)現(xiàn)文件，或者在該文件及后續(xù)的各include文件中未找到實(shí)現(xiàn)代碼，則返回一個(gè)編譯錯(cuò)誤.其實(shí)include的過程完全可以“看成”是一個(gè)文件拼接的過程，將聲明和實(shí)現(xiàn)分別寫在頭文件及C文件中，或者將二者同時(shí)寫在頭文件中，理論上沒有本質(zhì)的區(qū)別。

    理論上來說C文件與頭文件里的內(nèi)容，只要是C語言所支持的，無論寫什么都可以的，比如你在頭文件中寫函數(shù)體，只要在任何一個(gè)C文件包含此頭文件就可以將這個(gè)函數(shù)編譯成目標(biāo)文件的一部分（編譯是以C文件為單位的，如果不在任何C文件中包含此頭文件的話，這段代碼就形同虛設(shè)），你可以在C文件中進(jìn)行函數(shù)聲明，變量聲明，結(jié)構(gòu)體聲明，這也不成問題?。?！那為何一定要分成頭文件與C文件呢？又為何一般都在頭件中進(jìn)行函數(shù)，變量聲明，宏聲明，結(jié)構(gòu)體聲明呢？而在C文件中去進(jìn)行變量定義，函數(shù)實(shí)現(xiàn)呢？？

   要理解C文件與頭文件有什么不同之處，首先需要弄明白編譯器的工作過程，一般說來編譯器會(huì)做以下幾個(gè)過程：

1.預(yù)處理階段
2.詞法與語法分析階段
3.編譯階段，首先編譯成純匯編語句，再將之匯編成跟CPU相關(guān)的二進(jìn)制碼，生成各個(gè)目標(biāo)文件
4.連接階段，將各個(gè)目標(biāo)文件中的各段代碼進(jìn)行絕對(duì)地址定位，生成跟特定平臺(tái)相關(guān)的可執(zhí)行文件，編譯器在編譯時(shí)是以C文件為單位進(jìn)行的，也就是說如果你的項(xiàng)目中一個(gè)C文件都沒有，那么你的項(xiàng)目將無法編譯，連接器是以目標(biāo)文件為單位，它將一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)文件進(jìn)行函數(shù)與變量的重定位，生成最終的可執(zhí)行文件，在PC上的程序開發(fā)，一般都有一個(gè)main函數(shù)，這是各個(gè)編譯器的約定。為了生成一個(gè)最終的可執(zhí)行文件，就需要一些目標(biāo)文件，也就是需要C文件，而這些C文件中又需要一個(gè)main函數(shù)作為可執(zhí)行程序的入口。 

    簡(jiǎn)單些說就是C語言的編譯分為預(yù)處理、編譯、匯編、鏈接（test.c test.h => test.i => test.s => test.o => test）四個(gè)大的階段。c文件中的#include宏處理，會(huì)在預(yù)處理的階段將c中引用的h文件的內(nèi)容全部寫到c文件中，最后生成.i中間文件，這時(shí)h 文件中的內(nèi)容就相當(dāng)于被寫道c文件中。這也為代碼的復(fù)用提供了渠道，很多的c文件可以去引用同一個(gè)h文件，這樣這個(gè)h文件就會(huì)被放到多個(gè)c文件中被編譯多 次，這也是h文件中不能放定義只能放聲明的原因，放定義時(shí)被編譯多次，在程序鏈接的時(shí)候（系統(tǒng)中定義了多個(gè)int a;強(qiáng)符號(hào)定義)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤， 聲明就不一樣，聲明表示對(duì)定義的擴(kuò)展，最終都會(huì)終結(jié)到一個(gè)定義上，所以不會(huì)出現(xiàn)link時(shí)重復(fù)定義的錯(cuò)誤。 

編程中我們?cè)趆文件中肯定都用過一下的格式

#ifndef  XXX_H
#define  XXX_H
 //……
#endif

呵呵，那他到底有什么用呢，在h文件互相引用時(shí)，消除重復(fù)定義。當(dāng)然宏定義是在預(yù)處理階段發(fā)揮作用的，編譯方后的過程是沒有宏的影子的。

A.h
int a();
 
B.h
#include "A.h"
 
C.h
#include "A.h"
 
D.h
#include "A.h"
#include "B.h"

上面的D.h文件中就會(huì)重復(fù)出現(xiàn)兩個(gè)int a();的聲明阿，這樣就有點(diǎn)重復(fù)了，這時(shí)條件編譯宏就派上了用場(chǎng)

A.h
#ifndef A_H
#define A_H
int a();
#endif

這樣就不會(huì)重復(fù)定義了。

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