XX.c文件与XX.h文件
简单的说其实要理解C文件与头文件(即.h)有什么不同之处,首先需要弄明白编译器的工作过程,一般说来编译器会做以下几个过程:
1.预处理阶段
2.词法与语法分析阶段
3.编译阶段,首先编译成纯汇编语句,再将之汇编成跟CPU相关的二进制码,生成各个目标文件(.obj文件)
4.连接阶段,将各个目标文件中的各段代码进行绝对地址定位,生成跟特定平台相关的可执行文件,当然,最后还可以用objcopy生成纯二进制码,也就是去掉了文件格式信息。(生成.exe文件)
编译器在编译时是以C文件为单位进行的,也就是说如果你的项目中一个C文件都没有,那么你的项目将无法编译,连接器是以目标文件为单位,它将一个或多个目标文件进行函数与
变量的重定位,生成最终的可执行文件,在PC上的程序开发,一般都有一个main函数,这是各个编译器的约定,当然,你如果自己写连接器脚本的话,可以不用main函数作为程序入口!!!!
(main .c文件 目标文件 可执行文件 )
有了这些基础知识,再言归正传,为了生成一个最终的可执行文件,就需要一些目标文件,也就是需要C文件,而这些C文件中又需要一个main函数作为可执行程序的入口,那么我们就从一个C文件入手,假定这个C文件内容如下:
#include <stdio.h>
#include "mytest.h"
int main(int argc,char **argv)
{
test = 25;
printf("%d\n",test);
}
头文件内容如下:
int test;
现在以这个例子来讲解编译器的工作:
1.预处理阶段:编译器以C文件作为一个单元,首先读这个C文件,发现第一句与第二句是包含一个头文件,就会在所有搜索路径中寻这两个文件,到之后,就会将相应头文件中再去处理宏,变量,函数声明,嵌套的头文件包含等,检测依赖关系,进行宏替换,看是否有重复定义与声明的情况发生,最后将那些文件中所有的东东全部扫描进这个当前的C文件中,形成一个中间“C文件”
2.编译阶段,在上一步中相当于将那个头文件中的test变量扫描进了一个中间C文件,那么test变量就变成了这个文件中的一个全局变量,此时就将所有这个中间C文件的所有变量,函
数分配空间,将各个函数编译成二进制码,按照特定目标文件格式生成目标文件,在这种格式的目标文件中进行各个全局变量,函数的符号描述,将这些二进制码按照一定的标准组织成一个目标文件
3.连接阶段,将上一步成生的各个目标文件,根据一些参数,连接生成最终的可执行文件,主要的工作就是重定位各个目标文件的函数,变量等,相当于将个目标文件中的二进制码按一定的规范合到一个文件中再回到C文件与头文件各写什么内容的话题上:理论上来说C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,只要在任何一个C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C文件为单位的,如果不在任何C文件中包含此头文件的话,这段代码就形同虚设),你可以在C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C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C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C文件中引用它,而且又同时编译多个C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C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
2.如果在头文件中定义全局变量,并且将此全局变量赋初值,那么在多个引用此头文件的C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c语言编译器怎么用?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,也就是仅为此变量分配一个空间,而不是多份空间,假定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C文件中声明宏,结构体,函数等,那么我要在另一个C文件中引用相应的宏,结构体,就必须再做一次重复的工作,如果我改了一个C文件中的一个声明,那么又忘了改其它C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C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。
附录说明:
C/C++语言中头文件的使用:
一、 只有一个文件的情况
先来看一下比较简单的情形,也就是只有一个文件的时候,一个程序是什么样子的。
//main.c
#include <stdio.h>
int main(int argc, char** args)
{
printf("Hello\n") ;
return 0 ;
}
这个时候程序一目了然,我们很容易就可以看出它说了什么。
二、 多个源代码文件的情况
但是,随着我们要编写的程序的规模不断扩大,我们不得不把一个源代码文件拆分开,把具有一定功能的某些方法放到其它单独的源码文件中。比如像下面这样:
//main.c
#include <stdio.h>
int main(int argc, char** args)
{
sayhello() ;
return 0 ;
}
//sayhello.c
#include <stdio.h>
int sayhello()
{
printf("Hello\n") ;
}
把功能放在了sayhello.c文件中,而main.c只放主函数的代码。这样看起来更加的清晰明快。虽然形式上分成多个文件,但编译器在编译的时候会自动把它们连在一起,也就是说它们还是相当于在一个大文件中写代码。但是如果我们启图分别编译这两个文件,然后再链接成一个可执行程序的时候,就会发生错误。原因在于main.c中使用了一个函数sayhello,这时编译器并不知道sayhello是什么,因为相对于main.c来说,它并不存在sayhello的定义和实现。所以,我们必须要在main.c中加入sayhello的声明(只要声明就够了,不必再实现一次)。方法是加一句“int sayhello() ;”但问题是,当我们的工程越来越大的时候,我们总不能引用一个函数就写一下它的都声明吧?
三、 引入头文件
这时最好的解决办法就是引用头文件。就是编写一个与sayhello.c同名的文件sayhello.h,用于定义常量、结构,声明函数等。具体的做法如下:
//main.c
#include <stdio.h>
#include "sayhello.h"
int main(int argc, char** args)
{
sayhello() ;
return 0 ;
}
//sayhello.c
#include <stdio.h>
#include "sayhello.h"
int sayhello()
{
printf("Hello\n") ;
}
//sayhello.h
int sayhello() ;
四、 说说include宏
对于头文件,我们应仅把它看作是一个文本文件,它跟程序的代码文件(即扩展名为.c的文件)并不一样。编译器在编译的过程中,只会处理代码文件,而不会去管其它的头文件。只有当我们在头文件中使用#include的时候,相应的头文件才会被包含进来。编译器只是在编译前把#include所在的位置换成了相应头文件中的内容罢了。
使用<>括起来的是系统的默认库文件,也就是说不用咱们自己去这个文件所在的位置,只写一个名字,编译器就自动到库目录中的文件了。而””括起来的正好相反,大多是我们自己编的代码或引用的非标准C的库文件,它要求给出文件所在的绝对地址或相对地址。比如说,如果你的库目录设成/usr/share/include,那么下面的写法是等价的:
#include <stdio.h> == #include “/usr/share/include/stdio.h”
五、 谈谈头文件具体的使用
道理都懂了,那么自己写程序时,我的头文件到底应该怎么写呢?其实,头文件的写法很随意,很多人都有自己的使用习惯。但是我自己的看法是,尽量模仿标准C的库。现在就来研究一下吧。
比如我们平时使用printf时,我们都要包括一个头文件,即stdio.h。它的特点是我在哪个代码文件用到了这个库中的函数,我就在哪个代码文件中包括它的头文件;包含它后,我的代码中不应该引入错误,引用的库函数不应该因为代码文件中多引用了或少引用了一些其它的头文件而出错。
为了达到这个目标,我的做法是:每写一个代码文件,就写一个对应的头文件;把所有的声明、定义、结构体、常量、宏放在头文件中,而代码实现绝对不放在头文件中;对头文件的抱含也放到头文件中,代码文件中不含include宏。
下面看一些反例:
反例1:
//types.h
typedef int status ;
//sayhello.h
status sayhello() ;
//sayhello.c
#include <stdio.h>
#include "types.h"
#include "sayhello.h"
status sayhello()
{
printf("Hello!\n") ;
return 0 ;
}
//main.c
#include "sayhello.h"
int main(int argc, char** argv)
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