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C語言的（.c和.h），圈起來

2021-03-03    分類： 網站建設

簡單的說其實要理解C文件與頭文件（即.h）有什么不同之處，首先需要弄明白編譯器的工作過程，一般說來編譯器會做以下幾個過程：
1.預處理階段
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相關的二進制碼，生成各個目標文件 (.obj文件)
4.連接階段，將各個目標文件中的各段代碼進行絕對地址定位，生成跟特定平臺相關的可執(zhí)行文件，當然，最后還可以用objcopy生成純二進制碼，也就是去掉了文件格式信息。（生成.exe文件）
編譯器在編譯時是以C文件為單位進行的，也就是說如果你的項目中一個C文件都沒有，那么你的項目將無法編譯，連接器是以目標文件為單位，它將一個或多個目標文件進行函數(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main函數(shù)，這是各個編譯器的約定，當然，你如果自己寫連接器腳本的話，可以不用main函數(shù)作為程序入口！?。?！
（main .c文件 目標文件 可執(zhí)行文件）
有了這些基礎知識，再言歸正傳，為了生成一個最終的可執(zhí)行文件，就需要一些目標文件，也就是需要C文件，而這些C文件中又需要一個main函數(shù)作為可執(zhí)行程序的入口，那么我們就從一個C文件入手，假定這個C文件內容如下：
#include
#include "mytest.h"
int main(int argc,char **argv)
test = 25;
printf("test.................%d\n",test);
mytest.h頭文件內容如下：
int test;
現(xiàn)在以這個例子來講解編譯器的工作：
1.預處理階段：編譯器以C文件作為一個單元，首先讀這個C文件，發(fā)現(xiàn)第一句與第二句是包含一個頭文件，就會在所有搜索路徑中尋找這兩個文件，找到之后，就會將相應頭文件中再去處理宏，變量，函數(shù)聲明，嵌套的頭文件包含等，檢測依賴關系，進行宏替換，看是否有重復定義與聲明的情況發(fā)生，最后將那些文件中所有的東東全部掃描進這個當前的C文件中，形成一個中間"C文件"
2.編譯階段，在上一步中相當于將那個頭文件中的test變量掃描進了一個中間C文件，那么test變量就變成了這個文件中的一個全局變量，此時就將所有這個中間C文件的所有變量，函數(shù)分配空間，將各個函數(shù)編譯成二進制碼，按照特定目標文件格式生成目標文件，在這種格式的目標文件中進行各個全局變量，函數(shù)的符號描述，將這些二進制碼按照一定的標準組織成一個目標文件
3.連接階段，將上一步成生的各個目標文件，根據(jù)一些參數(shù)，連接生成最終的可執(zhí)行文件，主要的工作就是重定位各個目標文件的函數(shù)，變量等，相當于將個目標文件中的二進制碼按一定的規(guī)范合到一個文件中再回到C文件與頭文件各寫什么內容的話題上：理論上來說C文件與頭文件里的內容，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C文件包含此頭文件就可以將這個函數(shù)編譯成目標文件的一部分（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），你可以在C文件中進行函數(shù)聲明，變量聲明，結構體聲明，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行函數(shù)，變量聲明，宏聲明，結構體聲明呢？而在C文件中去進行變量定義，函數(shù)實現(xiàn)呢？？原因如下：
1.如果在頭文件中實現(xiàn)一個函數(shù)體，那么如果在多個C文件中引用它，而且又同時編譯多個C文件，將其生成的目標文件連接成一個可執(zhí)行文件，在每個引用此頭文件的C文件所生成的目標文件中，都有一份這個函數(shù)的代碼，如果這段函數(shù)又沒有定義成局部函數(shù)，那么在連接時，就會發(fā)現(xiàn)多個相同的函數(shù)，就會報錯
2.如果在頭文件中定義全局變量，并且將此全局變量賦初值，那么在多個引用此頭文件的C文件中同樣存在相同變量名的拷貝，關鍵是此變量被賦了初值，所以編譯器就會將此變量放入DATA段，最終在連接階段，會在DATA段中存在多個相同的變量，它無法將這些變量統(tǒng)一成一個變量，也就是僅為此變量分配一個空間，而不是多份空間，假定這個變量在頭文件沒有賦初值，編譯器就會將之放入 BSS段，連接器會對BSS段的多個同名變量僅分配一個存儲空間
3.如果在C文件中聲明宏，結構體，函數(shù)等，那么我要在另一個C文件中引用相應的宏，結構體，就必須再做一次重復的工作，如果我改了一個C文件中的一個聲明，那么又忘了改其它C文件中的聲明，這不就出了大問題了，程序的邏輯就變成了你不可想象的了，如果把這些公共的東東放在一個頭文件中，想用它的C文件就只需要引用一個就OK了！?。∵@樣豈不方便，要改某個聲明的時候，只需要動一下頭文件就行了
4.在頭文件中聲明結構體，函數(shù)等，當你需要將你的代碼封裝成一個庫，讓別人來用你的代碼，你又不想公布源碼，那么人家如何利用你的庫呢？也就是如何利用你的庫中的各個函數(shù)呢？？一種方法是公布源碼，別人想怎么用就怎么用，另一種是提供頭文件，別人從頭文件中看你的函數(shù)原型，這樣人家才知道如何調用你寫的函數(shù)，就如同你調用printf函數(shù)一樣，里面的參數(shù)是怎樣的？？你是怎么知道的？？還不是看人家的頭文件中的相關聲明?。。?！當然這些東東都成了C標準，就算不看人家的頭文件，你一樣可以知道怎么使用
c語言中.c和.h文件的困惑
本質上沒有任何區(qū)別。 只不過一般：.h文件是頭文件，內含函數(shù)聲明、宏定義、結構體定義等內容
.c文件是程序文件，內含函數(shù)實現(xiàn)，變量定義等內容。而且是什么后綴也沒有關系，只不過編譯器會默認對某些后綴的文件采取某些動作。你可以強制編譯器把任何后綴的文件都當作c文件來編。
這樣分開寫成兩個文件是一個良好的編程風格。
而且，比方說 我在aaa.h里定義了一個函數(shù)的聲明，然后我在aaa.h的同一個目錄下建立aaa.c ，aaa.c里定義了這個函數(shù)的實現(xiàn)，然后是在main函數(shù)所在.c文件里#include這個aaa.h 然后我就可以使用這個函數(shù)了。 main在運行時就會找到這個定義了這個函數(shù)的aaa.c文件。
這是因為：
main函數(shù)為標準C/C++的程序入口，編譯器會先找到該函數(shù)所在的文件。
假定編譯程序編譯myproj.c（其中含main()）時，發(fā)現(xiàn)它include了mylib.h（其中聲明了函數(shù)void test()），那么此時編譯器將按照事先設定的路徑（Include路徑列表及代碼文件所在的路徑）查找與之同名的實現(xiàn)文件（擴展名為.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()）的實現(xiàn)代碼，則繼續(xù)編譯；如果在指定目錄找不到實現(xiàn)文件，或者在該文件及后續(xù)的各include文件中未找到實現(xiàn)代碼，則返回一個編譯錯誤.其實include的過程完全可以"看成"是一個文件拼接的過程，將聲明和實現(xiàn)分別寫在頭文件及C文件中，或者將二者同時寫在頭文件中，理論上沒有本質的區(qū)別。
以上是所謂動態(tài)方式。
對于靜態(tài)方式，基本所有的C/C++編譯器都支持一種鏈接方式被稱為Static Link，即所謂靜態(tài)鏈接。
在這種方式下，我們所要做的，就是寫出包含函數(shù)，類等等聲明的頭文件（a.h,b.h,...），以及他們對應的實現(xiàn)文件（a.cpp,b.cpp,...），編譯程序會將其編譯為靜態(tài)的庫文件（a.lib,b.lib,...）。在隨后的代碼重用過程中，我們只需要提供相應的頭文件（.h）和相應的庫文件（.lib），就可以使用過去的代碼了。
相對動態(tài)方式而言，靜態(tài)方式的好處是實現(xiàn)代碼的隱蔽性，即C++中提倡的"接口對外，實現(xiàn)代碼不可見"。有利于庫文件的轉發(fā).
如果說難題最難的部分是基本概念，可能很多人都會持反對意見，但實際上也確實如此。我高中的時候學物理，老師抓的重點就是概念--概念一定要搞清，于是難題也成了容易題。如果你能分析清楚一道物理難題存在著幾個物理過程，每一個過程都遵守那一條物理定律(比如動量守恒、牛II定律、能量守恒)，那么就很輕松的根據(jù)定律列出這個過程的方程，N個過程必定是N個N元方程，難題也就迎刃而解。即便是高中的物理競賽難題，最難之處也不過在于：
(1)、混淆你的概念，讓你無法分析出幾個物理過程，或某個物理過程遵循的那條物理定律；
(2)、存在高次方程，列出方程也解不出。而后者已經是數(shù)學的范疇了，所以說，最難之處還在于掌握清晰的概念；
程序設計也是如此，如果概念很清晰，那基本上沒什么難題(會難在數(shù)學上，比如算法的選擇、時間空間與效率的取舍、穩(wěn)定與資源的平衡上)。但是，要掌握清晰的概念也沒那么容易。比如下面這個例子，看看你有沒有很清晰透徹的認識。 //a.h void foo(); //a.c #include "a.h" //我的問題出來了：這句話是要，還是不要？ void foo() { return; } //main.c #include "a.h" int main(int argc, char *argv[]) { foo(); return 0; }
針對上面的代碼，請回答三個問題： a.c 中的 #include "a.h" 這句話是不是多余的？
為什么經常見 xx.c 里面 include 對應的 xx.h？
如果 a.c 中不寫，那么編譯器是不是會自動把 .h 文件里面的東西跟同名的 .c 文件綁定在一起？（不會）
（請針對上面3道題仔細考慮10分鐘，莫要著急看下面的解釋。:) 考慮的越多，下面理解的就越深。）
好了，時間到！請忘掉上面的3道題，以及對這三道題引發(fā)出的你的想法，然后再聽我慢慢道來。正確的概念是：從C編譯器角度看，.h和.c皆是浮云，就是改名為.txt、.doc也沒有大的分別。換句話說，就是.h和.c沒啥必然聯(lián)系。.h中一般放的是同名.c文件中定義的變量、數(shù)組、函數(shù)的聲明，需要讓.c外部使用的聲明。這個聲明有啥用？只是讓需要用這些聲明的地方方便引用。因為 #include "xx.h" 這個宏其實際意思就是把當前這一行刪掉，把 xx.h 中的內容原封不動的插入在當前行的位置。由于想寫這些函數(shù)聲明的地方非常多（每一個調用 xx.c 中函數(shù)的地方，都要在使用前聲明一下子），所以用 #include "xx.h" 這個宏就簡化了許多行代碼--讓預處理器自己替換好了。也就是說，xx.h 其實只是讓需要寫 xx.c 中函數(shù)聲明的地方調用（可以少寫幾行字），至于 include 這個 .h 文件是誰，是 .h 還是 .c，還是與這個 .h 同名的 .c，都沒有任何必然關系。
這樣你可能會說：啊？那我平時只想調用 xx.c 中的某個函數(shù)，卻 include了 xx.h 文件，豈不是宏替換后出現(xiàn)了很多無用的聲明？沒錯，確實引入了很多垃圾，但是它卻省了你不少筆墨，并且整個版面也看起來清爽的多。魚與熊掌不可得兼，就是這個道理。反正多些聲明（.h一般只用來放聲明，而放不定義，參見拙著"過馬路，左右看"）也無害處，又不會影響編譯，何樂而不為呢？
翻回頭再看上面的3個問題，很好解答了吧？答：不一定。這個例子中顯然是多余的。但是如果.c中的函數(shù)也需要調用同個.c中的其它函數(shù)，那么這個.c往往會include同名的.h，這樣就不需要為聲明和調用順序而發(fā)愁了（C語言要求使用之前必須聲明，而include同名.h一般會放在.c的開頭）。有很多工程甚至把這種寫法約定為代碼規(guī)范，以規(guī)范出清晰的代碼來。
答：1中已經回答過了。
答：不會。問這個問題的人絕對是概念不清，要不就是想混水摸魚。非常討厭的是中國的很多考試出的都是這種爛題，生怕別人有個清楚的概念了，絕對要把考生搞暈。
搞清楚語法和概念說易也易，說難也難。竅門有三點： 不要暈著頭工作，要抽空多思考思考，多看看書；
看書要看好書，問人要問強人。爛書和爛人都會給你一個錯誤的概念，誤導你；
勤能補拙是良訓，一分辛苦一分才；
（1）通過頭文件來調用庫功能。在很多場合，源代碼不便（或不準）向用戶公布，只要向用戶提供頭文件和二進制的庫即可。用戶只需要按照頭文件中的接口聲明來調用庫功能，而不必關心接口怎么實現(xiàn)的。編譯器會從庫中提取相應的代碼。
（2）頭文件能加強類型安全檢查。如果某個接口被實現(xiàn)或被使用時，其方式與頭文件中的聲明不一致，編譯器就會指出錯誤，這一簡單的規(guī)則能大大減輕程序員調試、改錯的負擔。
頭文件用來存放函數(shù)原型。
頭文件如何來關聯(lián)源文件？
這個問題實際上是說，已知頭文件"a.h"聲明了一系列函數(shù)(僅有函數(shù)原型,沒有函數(shù)實現(xiàn))，"b.cpp"中實現(xiàn)了這些函數(shù)，那么如果我想在"c.cpp"中使用"a.h"中聲明的這些在"b.cpp"中實現(xiàn)的函數(shù)，通常都是在"c.cpp"中使用#include "a.h",那么c.cpp是怎樣找到b.cpp中的實現(xiàn)呢？
其實.cpp和.h文件名稱沒有任何直接關系，很多編譯器都可以接受其他擴展名。
編譯器預處理時，要對#include命令進行"文件包含處理"：將headfile.h的全部內容復制到#include "headfile.h"處。這也正說明了，為什么很多編譯器并不care到底這個文件的后綴名是什么----因為#include預處理就是完成了一個"復制并插入代碼"的工作。
程序編譯的時候，并不會去找b.cpp文件中的函數(shù)實現(xiàn)，只有在link的時候才進行這個工作。我們在b.cpp或c.cpp中用#include "a.h"實際上是引入相關聲明，使得編譯可以通過，程序并不關心實現(xiàn)是在哪里，是怎么實現(xiàn)的。源文件編譯后成生了目標文件（.o或.obj文件），目標文件中，這些函數(shù)和變量就視作一個個符號。在link的時候，需要在makefile里面說明需要連接哪個.o或.obj文件（在這里是b.cpp生成的.o或.obj文件），此時，連接器會去這個.o或.obj文件中找在b.cpp中實現(xiàn)的函數(shù)，再把他們build到makefile中指定的那個可以執(zhí)行文件中。
（非常重要）
在VC中，一幫情況下不需要自己寫makefile，只需要將需要的文件都包括在project中，VC會自動幫你把makefile寫好。
通常，編譯器會在每個.o或.obj文件中都去找一下所需要的符號，而不是只在某個文件中找或者說找到一個就不找了。因此，如果在幾個不同文件中實現(xiàn)了同一個函數(shù)，或者定義了同一個全局變量，鏈接的時候就會提示"redefined"
A thousand journey is started by taking the first step.
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