編譯與頭文件

C語言中的.c和.h文件2009-06-29 09:30簡單的說其實要理解C文件與頭文件（即.h）有什麼不同之處，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，首先編譯成純彙編語句，再將之彙編成跟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行文件，當然，最後還可以用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文件爲單位進行的，也就是說如果你的項目中一個C文件都沒有，那麼你的項目將無法編譯，連接器是以目標文件爲單位，它將一個或多個目標文件進行函數與變量的重定位，生成最終的可執行文件，在PC上的程序開發，一般都有一個main函數，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函數作爲程序入口！！！！

（main .c文件 目標文件 可執行文件 ）

有了這些基礎知識，再言歸正傳，爲了生成一個最終的可執行文件，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函數作爲可執行程序的入口，那麼我們就從一個C文件入手，假定這個C文件內容如下：
#include <stdio.h>
#include "mytest.h"

int main(int argc,char **argv)
{
test = 25;
printf("test.................%d/n",test);
}

頭文件內容如下：
int test;

現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文件作爲一 個單元，首先讀這個C文件，發現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，找到之後，就會將相應頭文件中再去處理宏，變量， 函數聲明，嵌套的頭文件包含等，檢測依賴關係，進行宏替換，看是否有重複定義與聲明的情況發生，最後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，形成一箇中間“C文件”

2.編譯階段，在上一步中相當於將那個頭文件中的test變量掃描進了一箇中 間C文件，那麼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，函數分配空間，將各個函數編譯成二進制碼，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，根據一些參數，連接生成最終的可 執行文件，主要的工作就是重定位各個目標文件的函數，變量等，相當於將個目標文件中的二進制碼按一定的規範合到一個文件中再回到C文件與頭文件各寫什麼內 容的話題上：理論上來說C文件與頭文件裏的內容，只要是C語言所支持的，無論寫什麼都可以的，比如你在頭文件中寫函數體，只要在任何一個C文件包含此頭文 件就可以將這個函數編譯成目標文件的一部分（編譯是以C文件爲單位的，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 行函數聲明，變量聲明，結構體聲明，這也不成問題！！！那爲何一定要分成頭文件與C文件呢？又爲何一般都在頭件中進行函數，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，函數實現呢？？原因如下：
1.如果在頭文件中實現一個函數體，那麼如果在多個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，都有一份這個函數的代碼，如果這段函數又沒有定 義成局部函數，那麼在連接時，就會發現多個相同的函數，就會報錯
2.如果在頭文件中定義全局變量，並且將此全局變量賦初值，那麼在多個引用此 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一成一個變量，也就是僅爲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，函數等，那麼我要在另一個C文件中引用相 應的宏，結構體，就必須再做一次重複的工作，如果我改了一個C文件中的一個聲明，那麼又忘了改其它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！！！這樣豈不方便，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，你又不想公佈源碼，那麼人家如何利 用你的庫呢？也就是如何利用你的庫中的各個函數呢？？一種方法是公佈源碼，別人想怎麼用就怎麼用，另一種是提供頭文件，別人從頭文件中看你的函數原型，這 樣人家才知道如何調用你寫的函數，就如同你調用printf函數一樣，裏面的參數是怎樣的？？你是怎麼知道的？？還不是看人家的頭文件中的相關聲明 啊！！！當然這些東東都成了C標準，就算不看人家的頭文件，你一樣可以知道怎麼使用

 

 

關於頭文件和源文件的分別

首先,我們可以將所有東西都放在一個.cpp文件內.

然後編譯器就將這個.cpp編譯成.obj,obj是什麼東西?

就是編譯單元了.一個程序,可以由一個編譯單元組成,

也可以有多個編譯單元組成. 如果你不想讓你的源代碼變得很難閱讀的話,

就請使用多個編譯單元吧.(一個函數不能放到兩個編譯單元裏面,但兩個以上

就可以分別放在一個單元,也就是cpp裏面)

    那麼就是一個.cpp對應一個.obj,然後將所有的obj鏈接起來(通過一個叫鏈接器的程序),

組成一個.exe,也就是程序了.

    如果一個.cpp要用到另一個.cpp定義的函數怎麼辦? 只需在這個.cpp種寫上他的函數聲明

就可以了.其餘工作由鏈接器幫你完成,你可以隨便調用該函數.

    鏈接器將所有的obj連接起來,但是如果碰巧有相同的函數或外部變量怎麼辦?他如何識別?

一般來說是不能允許在同一個程序中,出現兩個一樣的函數名或外部變量名.

    但是隻得慶幸的是,c++可以通過一種叫做鏈接屬性的關鍵字來限定,你這個函數是屬於整個程序

公用的,還是只是在一個編譯單元obj裏面使用的.

    這些關鍵字就是extern 和 static； extern是外部鏈接的意思,也就是除了這個單元,外部的單元

也是能夠訪問這個函數的.static 是內部鏈接,自屬於自己單元.

說了這麼久,還沒有說.h的作用呢?

    其實沒有.h也能很好的工作,但是當你發現一個外部鏈接的函數或外部變量,需要許多份

聲明,因爲c++這種語言,在使用函數和變量的時候,必須將他聲明,爲何要聲明?聲明之後才

知道他的規格,才能更好的發現不和規格的部分.你別妄想一個編譯單元,會自動從另一個

編譯單元那裏得到什麼信息,知道你是如何定義這個函數的.

    所以說,只要使用到該函數的單元,就必須寫一份聲明在那個.cpp裏面,這樣是不是很麻煩,

而且,如果要修改,就必須一個一個修改.這真讓人受不了.

 

.h就是爲了解決這個問題而誕生,他包含了這些公共的東西.然後所有需要使用該函數的.cpp,只需要

用#include包含進去便可.以後需要修改,也只是修改一份內容.

請注意不要濫用.h,.h裏面不要寫代碼,.h不是.cpp的倉庫,什麼都塞到裏面.

如果在裏面寫代碼,當其他.cpp包含他的時候,就會出現重複定義的情況,

比如將函數func(){printf}；放到頭文件a.h,裏面還有一些a.cpp需要的聲明等；

然後你發現b.cpp需要用到a.cpp裏面的一個函數,就很高興的將a.h包含進來.

注意,#include並不是什麼申請指令,他就是將指定的文件的內容,原封不動的拷貝

進來.

這時候實際上a.cpp和b.cpp都有一個func()函數的定義.

如果這個函數是內部鏈接static的話,還好,浪費了一倍空間；

如果是extern,外部鏈接(這個是默認情況),那麼根據在同一個程序內不可出現

同名函數的要求,連接器會毫不留情給你一個連接錯誤!