C语⾔中头⽂件和cpp⽂件解析
回到cpp⽂件与头⽂件各写什么内容的话题上:
理论上来说cpp⽂件与头⽂件⾥的内容,只要是C语⾔所⽀持的,⽆论写什么都可以的,⽐如你在头⽂件中写函数体实现,任何⼀个cpp⽂件包含此头⽂件就可以将这个函数编译成⽬标⽂件
的⼀部分(编译是以cpp⽂件为单位的,如果不在任何cpp⽂件中包含此头⽂件的话,这段代码就形同虚设),你可以在cpp⽂件中进⾏函数声明、变量声明、结构体声明,这也不成问
题
那为何⼀定要分成头⽂件与cpp⽂件呢?
⼜为何⼀般都在头件中进⾏函数、变量声明,宏声明,结构体声明呢?⽽在cpp⽂件中去进⾏变量定义,函数实现呢??
原因如下:
1.如果在头⽂件中实现⼀个函数体,那么如果在多个cpp⽂件中引⽤它,⽽且⼜同时编译多个cpp⽂件,将其⽣成的⽬标⽂件连接成⼀个可执⾏⽂件,在每个引⽤此头⽂件的cpp⽂件所⽣
成的⽬标⽂件中,都有⼀份这个函数的代码,如果这段函数⼜没有定义成局部函数,那么在连接时,就会发现多个相同的函数,就会报错,函数重复定义。
2.如果在头⽂件中定义全局变量,势必会对此全局变量赋初值,那么在多个引⽤此头⽂件的cpp⽂件中同样存在相同变量名的拷贝,关键是此变量被赋了初值,所以编译器就会将此变量
放⼊DATA段,最终在连接阶段,会在DATA段中存在多个相同的变量,它⽆法将这些变量统⼀成⼀个变量,统⼀变量的意思也就是仅为此变量分配⼀个空间,⽽不是多份空间。但是对于声
明⼀个变量,这个变量在头⽂件没有赋初值,编译器就会将之放⼊BSS段,连接器会对BSS段的多个同名变量仅分配⼀个存储空间。
3.如果在cpp⽂件中声明宏、结构体、函数等,那么我要在另⼀个cpp⽂件中引⽤相应的宏、结构体、函数,就必须再做⼀次重复的⼯作(意思是说如果不去#include),如果我改了⼀个
cpp⽂件中的⼀个声明,那么⼜忘了改其它cpp⽂件中的声明,这不就出了⼤问题了,程序的逻辑就变成了你不可想象的了,如果把这些公共的东东放在⼀个头⽂件中,想⽤它的cpp⽂件就
只需要引⽤⼀个就OK了这样岂不⽅便,要改某个声明的时候,只需要动⼀下头⽂件就⾏了。
4.在头⽂件中声明结构体,函数等,当你需要将你的代码封装成⼀个库,让别⼈来⽤你的代码,你⼜不想公布源码,那么⼈家如何利⽤你的库呢?也就是如何利⽤你的库中的各个函数
呢??⼀种⽅法是公布源码,别⼈想怎么⽤就怎么⽤,另⼀种是提供头⽂件,别⼈从头⽂件中看你的函数原型,这样⼈家才知道如何调⽤你写的函数,就如同你调⽤printf函数⼀样,⾥⾯的
参数是怎样的?你是怎么知道的?还不是看⼈家的头⽂件中的相关声明啊。当然这些东东都成了C标准,就算不看⼈家的头⽂件,你⼀样可以知道怎么使⽤。
c语⾔中cpp⽂件和头⽂件的困惑:
本质上没有任何区别。只不过⼀般:
.h⽂件是头⽂件,内含函数声明、宏定义、结构体定义等内容。
.cpp⽂件是程序⽂件,内含函数实现,变量定义等内容。
⽽且是什么后缀也没有关系,只不过编译器会默认对某些后缀的⽂件采取某些动作。你可以强制编译器把任何后缀的⽂件都当作cpp⽂件来编。
这样分开写成两个⽂件是⼀个良好的编程风格。
⽽且,⽐⽅说我在aaa.h⾥定义了⼀个函数的声明,然后我在aaa.h的同⼀个⽬录下建⽴aaa.c ,aaa.c⾥定义了这个函数的实现,然后在main函数所在.cpp⽂件⾥#include这个
aaa.h 然后我就可以使⽤这个函数了。 main在运⾏时就会到这个定义了这个函数的aaa.cpp⽂件。
这是因为:
⾸先:main函数为标准C/C++的程序⼊⼝,编译器会先到main函数所在的⽂件。
假定编译程序编译myproj.c(其中含main())时,发现它include了mylib.h(其中声明了函数void test()),那么此时编译器将按照事先设定的路径(include路径列表及代码⽂件
所在的路径)查与之同名的实现⽂件(扩展名为.cpp或.c,此例中为mylib.c),如果到该⽂件,并在其中到该函数(此例中为void test())的实现代码,则继续编译;如果
在指定⽬录不到实现⽂件,或者在到的实现⽂件及后续的各include⽂件中未到实现代码,则返回⼀个编译错误。其实include的过程完全可以"看成"是⼀个⽂件拼接的过
程,将声明和实现分别写在头⽂件及cpp⽂件中,或者将⼆者同时写在头⽂件中,理论上没有本质的区别。
注意:之所以去查与之同名的实现⽂件,是默认的Makefile⽂件设定的。当然也可以在Makefile中设定其他cpp⽂件,或者是
以上是所谓动态⽅式。
对于静态⽅式,基本所有的C/C++编译器都⽀持⼀种链接⽅式被称为Static Link,即所谓静态链接。
在这种⽅式下,我们所要做的,就是写出包含函数、类等声明的头⽂件(a.h,b.h,...),以及他们对应的实现⽂件(a.cpp,b.cpp,...)。编译程序会将实现⽂件编译为静态的库⽂件
(a.lib,b.lib,...)。在随后的代码重⽤过程中,我们只需要提供相应的头⽂件(.h)和相应的库⽂件(.lib),就可以使⽤过去的代码了。
相对动态⽅式⽽⾔,静态⽅式的好处是实现代码的隐蔽性,即C++中提倡的"接⼝对外,实现代码不可见",有利于库⽂件的转发。
提⽰:
如果说难题最难的部分是基本概念,可能很多⼈都会持反对意见,但实际上也确实如此。我⾼中的时候学物理,⽼师抓的重点就是概念--概念⼀定要搞清,于是难题也成了容易题。如果你能分析清楚⼀道物理难题存在着⼏个物理过程,每⼀个过程都遵
(1)、混淆你的概念,让你⽆法分析出⼏个物理过程,或某个物理过程遵循的那条物理定律;
(2)、存在⾼次⽅程,列出⽅程也解不出。⽽后者已经是数学的范畴了,所以说,最难之处还在于掌握清晰的概念;
程序设计也是如此,如果概念很清晰,那基本上没什么难题(会难在数学上:⽐如算法的选择、时间空间与效率的取舍、稳定与资源的平衡上)。但是,要掌握清晰的概念也没那
么容易。⽐如下⾯这个例⼦,看看你有没有很清晰透彻的认识。
a.h⽂件中:
void foo();
a.cpp⽂件中:
#include "a.h"
void foo()
{
return;
}
我的问题出来了:#include "a.h"这句话是要还是不要?
main.cpp⽂件中:
#include "a.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
foo();
return0;
}
针对上⾯的代码,请回答三个问题:
(1)a.c 中的#include "a.h"这句话是不是多余的?(不⼀定)
(2)为什么经常见 xx.c ⾥⾯ include 对应的 xx.h?
(3)如果 a.c 中不写#include "a.h",那么编译器是不是会⾃动把 .h ⽂件⾥⾯的东西跟同名的 .c ⽂件绑定在⼀起?(不会)
(请针对上⾯3道题仔细考虑10分钟,莫要着急看下⾯的解释。:) 考虑的越多,下⾯理解的就越深。)
好了,时间到!请忘掉上⾯的3道题,以及对这三道题引发出的你的想法,然后再听我慢慢道来。
正确的概念是:从C编译器⾓度看,.h和.c皆是浮云,就是改名为.txt、.doc也没有⼤的分别。换句话说,就是.h和.c没啥必然联系。.h中⼀般放的是同名.cpp⽂件中定义的变量、数组、函数的声明等需要让.c外部使⽤的声明。这个声明有啥⽤?只是让需要⽤这些声明的地⽅⽅便引⽤(因为使⽤前必须声明)。因为 #include "xx.h" 这个宏其实际意思就是把当前这⼀⾏删掉,把 xx.h 中的内容原封不动的插⼊在当前⾏的位置。由于想写这些函数声明的地⽅⾮常多(每⼀个调⽤ xx.c 中函数的地⽅,都要在使⽤前声明⼀下),所以⽤
#include "xx.h" 这个宏就简化了许多⾏代码--让预处理器⾃⼰替换好了。也就是说,xx.h 其实只是让需要写 xx.c 中函数声明的地⽅调⽤(可以少写⼏⾏字),⾄于 include 这个.h ⽂件是谁,是 .h 还是 .c,
还是与这个 .h 同名的 .c,都没有任何必然关系。
这样你可能会说:啊?那我平时只想调⽤ xx.c 中的某个函数,却 include了 xx.h ⽂件,岂不是宏替换后出现了很多⽆⽤的声明?没错,确实引⼊了很多垃圾,但是它却省了你不少笔墨,并且整个版⾯也看起来清爽的多。鱼与熊掌不可得兼,就是这个道理。反正多些声明(.h⼀般只⽤来放声明,⽽放不定义,参见拙著"过马路,左右看")也⽆害处,⼜不会影响编译,何乐⽽不为呢?
翻回头再看上⾯的3个问题,很好解答了吧?
1.答:不⼀定。这个例⼦中显然是多余的。但是如果.c中的函数也需要调⽤同个.c中的其它函数,那么这个.c往往会include同名的.h,这样就不需要为声明和调⽤顺序⽽发愁了(C语⾔要求使⽤之前必须声明,⽽include同名.h⼀般会放在.c的开头)。有很多⼯程甚⾄把这种写法约定为代码规范,以规范出清晰的代码来。
3.答:不会。问这个问题的⼈绝对是概念不清,要不就是想混⽔摸鱼。⾮常讨厌的是中国的很多考试出的都是这种烂题,⽣怕别⼈有个清楚的概念了,绝对要把考⽣搞晕。
提⽰:
搞清楚语法和概念说易也易,说难也难。窍门有三点:不要晕着头⼯作,要抽空多思考思考,多看看
书;
看书要看好书,问⼈要问强⼈。烂书和烂⼈都会给你⼀个错误的概念,误导你;
勤能补拙是良训,⼀分⾟苦⼀分才;
(1)通过头⽂件来调⽤库功能。在很多场合,源代码不便(或不准)向⽤户公布,只要向⽤户提供头⽂件和⼆进制的库即可。⽤户只需要按照头⽂件中的接⼝声明来调⽤库功能,⽽不必关⼼接⼝怎么实现的。编译器会从库中提取相应的代码。
(2)头⽂件能加强类型安全检查。如果某个接⼝被实现或被使⽤时,其⽅式与头⽂件中的声明不⼀致,编译器就会指出错误,这⼀简单的规则能⼤⼤减轻程序员调试、改错的负担。
头⽂件⽤来存放函数原型。
头⽂件如何来关联源⽂件?
这个问题实际上是说,已知头⽂件"a.h"声明了⼀系列函数(仅有函数原型,没有函数实现),"b.cpp"中实现了这些函数,那么如果我想在"c.cpp"中使⽤"a.h"中声明的这些
在"b.cpp"中实现的函数,通常都是在"c.cpp"中使⽤#include "a.h",那么c.cpp是怎样到b.cpp中的实现呢?
其实.cpp和.h⽂件名称没有任何直接关系,很多编译器都可以接受其他扩展名。
谭浩强⽼师的《C程序设计》⼀书中提到,编译器预处理时,要对#include命令进⾏"⽂件包含处理":将headfile.h的全部内容复制到#include "headfile.h"处。这也正说明了,为什么很多编译器并不care到底这个⽂件的后缀名是什么----因为#include预处理就是完成了⼀个"复制并插⼊代码"的⼯作。c语言和c++区别
程序编译的时候,并不会去b.cpp⽂件中的函数实现,只有在link的时候才进⾏这个⼯作。我们在b.cpp或c.cpp中⽤#include "a.h"实际上是引⼊相关声明,使得编译可以通过,程序并不关⼼实现是在哪⾥,是怎么实现的。源⽂件编译后成⽣了⽬标⽂件(.o或.obj⽂件),⽬标⽂件中,这些函数和变量就视作⼀个个符号。在link的时候,需要在makefile⾥⾯说明需要连接哪个.o或.obj⽂件(在这⾥是b.cpp⽣成的.o或.obj⽂件),此时,连接器会去这个.o或.obj⽂件中在b.cpp中实现的函数,再把他们build到makefile中指定的那个可以执⾏⽂件中。
(⾮常重要)
在VC中,⼀般情况下不需要⾃⼰写makefile,只需要将需要的⽂件都包括在project中,VC会⾃动帮你把makefile写好。
通常,连接器会在每个.o或.obj⽂件中都去⼀下所需要的符号,⽽不是只在某个⽂件中或者说到⼀个就不了。因此,如果在⼏个不同⽂件中实现了同⼀个函数,或者定义了同⼀个全局变量,链接的时候就会提⽰"redefined"。
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