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c语言入门28,头文件的使用

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上一节介绍了使用 C 语言开发大项目时,多文件编程的开发方法。fun.c 这个模块里定义了 add 函数,以后想使用 add 函数,只需要从 fun.c 文件 extern add 函数即可。但是使用 fun.c 模块的每个文件都需要重新声明 add 函数也是很麻烦的。前面的文章,我们一直强调重复的代码应该尽量避免,不仅仅 C 语言编程如此,其他大多编程语言也是类似的。

以前,我们都是把重复代码尽力封装为函数,增加代码复用性。那这次为了不重复声明模块里定义的函数,有什么办法呢?答案就是使用头文件。我们新建 fun.h 文件,把 fun.c 模块中能够提供给外界使用的函数或变量声明在头文件里,以后要使用这些函数或者变量,只需要包含头文件就可以了。请看:

// fun.h 
#ifndef _FUN_H_
#define _FUN_H_

extern int add(int a, int b);
extern int cnt;

#endif // _FUN_H_

可以看出,如果想在 main.c 文件中使用 fun.c 文件中定义的函数,只需要包含 fun.h 就可以了。事实上,以后任何模块想调用 fun.c 中的函数,都只需包含 fun.h 即可。关于 fun.h 中内容,有几点细节。

先再说说为什么 #include <stdio.h>用角括号,而#include “fun.h”用引号。对于用尖括号包含的头文件,编译器会从系统的头文件目录查找。例如我的 codeblocks 的系统头文件路径:

对于引号包含的头文件,编译器会首先查找包含头文件的 .c 文件所在目录,没有找到再查找系统的头文件目录。因为我们建立的 fun.h 文件和 main.c 在同一目录,所以在 main.c 文件中包含 fun.h 头文件要用引号,如果用尖括号包含编译器就找不到 fun.h 文件了,编译就会报错。

#ifndef _FUN_H_
#define _FUN_H_
//...
#endif

这几句属于条件编译语句,意思是如果没有 define FUN_H 就 define FUN_H ,如果之前 define 过,#ifndef 到 #endif 的代码段就不参与编译了,这样可以避免 #ifndef 到 #endif 的代码段被重复包含。在本例中,就是防止 add 和 cnt 的重复声明。FUN_H 当然也可以取其他名字,只需要确保唯一性就可以了。

那为什么需要防止重复包含呢?谁会把一个头文件包含两次呢?像上面那么明显的错误没人会犯,但有时候重复包含的错误并不是那么明显的。在规模较大的项目中头文件包含头文件的情况很常见,经常会包含四五层,这时候重复包含的问题就很难发现了。比如在我的系统头文件录/usr/include中,errno.h包含了bits/errno.h,后者又包含了linux/errno.h,后者又包含了asm/errno.h,后者又包含了asm-generic/errno.h。

另外一个问题是,就算我是重复包含了头文件,那有什么危害么?像上面的三个函数声明,在程序中声明两次也没有问题,对于具有External Linkage的函数,声明任意多次也都代表同一个函数。重复包含头文件有以下问题:

  • 一是使预处理的速度变慢了,要处理很多本来不需要处理的头文件。
  • 二是如果有互相包含的情况,预处理器就陷入死循环了(其实编译器都会规定一个包含层数的上限)。
  • 三是头文件里有些代码不允许重复出现,虽然变量和函数允许多次声明(只要不是多次定义就行),但头文件里有些代码是不允许多次出现的,比如typedef类型定义和结构体Tag定义等,在一个程序文件中只允许出现一次。

还有一个问题,为什么不直接包含 .c 文件呢? 我在 main.c 文件里直接 #include “fun.c” 不更方便吗?当然,这样编译也能通过,可是以后要是又有一个模块需要用到 fun.c 中定义的函数呢?再包含一次 fun.c ?这样不就相当于 add 函数有多处定义了吗?这样在程序链接阶段就会有麻烦,或者根本无法生成可执行程序。如果包含的是头文件,那无论包含多少次,add 函数也只有一处定义,链接是不会有问题的了。

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