[转]: 头文件与实现文件的关系

￡神魔★判官ぃ 2022-07-12 08:38 189阅读 0赞

原文地址:http://blog.csdn.net/bm1408 /archive/2006/02/22/606382.aspx

你理解简单的含义吗?  
关于两者以前的关系,要从N年以前说起了~ long long ago,once aupon a time .......  
那是一个被遗忘的年代,在编译器只认识.c(.cpp))文件，而不知道.h是何物的年代。  
那时的人们写了很多的.c(.cpp)文件，渐渐地，人们发现在很多.c(.cpp)文件中的声明语句就是相同的，但他们却不得不一个字一个字地重复地将 这些内容敲入每个.c(.cpp)文件。但更为恐怖的是，当其中一个声明有变更时，就需要检查所有的.c(.cpp)文件，并修改其中的声明,啊~简直是 世界末日降临!  
终于，有人（或许是一些人）再不能忍受这样的折磨，他（们）将重复的部分提取出来，放在一个新文件里,然后在需要的.c(.cpp)文件中敲 入\#include XXXX这样的语句。这样即使某个声明发生了变更，也再不需要到处寻找与修改了---世界还是那么美好！  
因为这个新文件，经常被放在.c(.cpp)文件的头部，所以就给它起名叫做“头文件”，扩展名是.h.  
从此，编译器（其实是预处理器）就知道世上除了.c(.cpp)文件，还有个.h的文件，以及一个叫做\#include命令。

虽然后来又发生很多的变化，但是这样的用法一直延续至今，只是时日久远了，人们便 淡忘了当年的缘由罢了。  
提到了头文件,就说说它的作用吧~  
想到了林锐GG写的高质量C/C++编程上头文件的作用的简短描述:  
（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。

预处理是编译器的前驱,作用是把存储在不同文件里的程序模块集成为一 个完整的源程序.  
\#include本身只是一个简单的文件包含预处理命令,即为把include的后面文件放到这条命令这里,除此之外,没有其它的用处(至少我也样认 为).

我对乾坤一笑兄的观点,十分赞同,基础的东东一定要弄明白.  
我下面就乾坤一笑兄的例子做讲,完备他的一些让人迷惑不解的时候~

例子:  
//a.h  
void foo();

//a.c  
\#include "a.h" //我的问题出来了：这句话是要，还是不要？  
void foo()  
\{  
return;  
\}

//main.c  
\#include "a.h"  
int main(int argc, char \*argv\[\])  
\{  
foo();  
　return 0;  
\}

针对上面的代码，请回答三个问题：  
a.c 中的 \#include "a.h" 这句话是不是多余的？  
1.为什么经常见 xx.c 里面 include 对应的 xx.h？  
2.如果 a.c 中不写，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？  
3.第三个问题我给他改了一下:如果 a.c 中不写include<>，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？

下面是乾坤一笑的原话:

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.c文件中定义的变量、数组、函数的声明，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 \#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子），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？  
它的解答如下:

答：1.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。  
2.答：1中已经回答过了。  
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。

over!

在此里要明确一点,**编译器是按照编译单元进行编译的,所谓的编译单元,是指一个.c文件以及它所include的所有.h文件.最直观的理 解就是一个文件** ,一个工程中可以包含很多文件,其中有一个程序的入口点,即我们通常所说的main()函数(当然也可以没有这个函数,程序照样能启动,详细见我的 blog中).在没有这个程序入口点的情况下,编译单元只生成目标文件object file(.o文件,windows下叫做.obj).

这个例子中总共包含了二个编译单元,分别是a.c,main.c,按照我所说的, 在编译阶段只是生成各自的.o文件.这个阶段不和其它的文件发生任何的关系.  
而include这个预处理指令发生在预处理阶段(早先编译阶段,只是编译器的一个前驱处理程序).

.h .c不见得是浮云,脱离了编译器谈这些没有任何的意义,抛开更深层次的这些,比如说,OS如何启动这个文件,PE结构(linux 下为elf)等等  
编译器首先要识别这个文件才可能去编译它,这是前提.如果你改了它的扩展名那么你的编译器还能认识它吗~上升到一个更高的层次上看待这个问题,XX兄说的 也不错~我想XX兄说的意思就是两者不可因为名字相同就认为两者有什么关系,名字是可以随便的~  
两者之间的联系,我在前面说过了,是由于历史的原因造成的,再加上人的习惯,我想谁也不想多去记那么多文件名吧.(拿我举个例子,一个数  
据表如果多于30个字段,我就觉得头大了,现在弄的表有的多达上百个字段,真希望那位高人研究出什么好的方法来~,也让我们的世界美好一些~)

乾坤一笑的第三个问题很有代表性,多次在网上看到,现在的编译器绝对没有那么智 能,而且也没有必须那么做.下面我们主要聊聊编译器的处理过程.(我想初学者有疑问的正在于此,即是对于编译过程.h .c(.cpp)的变化不太了解,)

下面我说举个简单的例子来聊聊~  
例子如下:  
//a.h  
class A  
\{  
pubic:  
int f(int t);  
\};

//a.cpp  
\#include "a.h"  
int A::f(int t)  
\{  
return t;  
\}

//main.cpp  
\#include "a.h"  
void main()  
\{  
A a;  
a.f(3);  
\}  
在预处理阶段,预处理器看到\#include "文件名"就把这个文件读进来,比如它编译main.cpp，看到\#include "a.h"，它就把a.h的内容读进来，它知道了，有一类A，包含一个成员函数f，这个函数接受一个int型的参数，返回一个int型的值。再往下编译很 容易就把A a这行读懂了，它知道是要拿A这个类在栈上生成一个对象。再往下，它知道了下面要调用A的成员函数f了，参数是3，由于它知道这个函数要一个整形数用参 数，这个3正好匹配，那就正好把它放到栈上，生成一条调用f(int)函数的指令（一般可能是一句call），**至于这个f(int)函数到底在哪里，它不知道，它留着空，链接时再解决。** 它还知道f(int)函数要返回一个int，所以也许它也为这一点做好了准备（在例子中，我们没用这个返回值，也许它就不处理）。再往下到文件末尾了 main.cpp编译好了，生成了main.obj。整个编译过程中根本就不需要知道a.cpp的内容。  
同理，编译器再编译a.cpp，把f()函数编译好，编译a.cpp时，它也不用管别的，把f()编译好就行了。生成了a.obj。  
最后一步就是链接的阶段了，链接器把项目中所有.cpp生成的所有.obj链接起来，  
在这一步中，它就明确了f(int)函数的实现所在的地址，把main.obj中空着的这个地址位置填上正确的地址。最终生成了可执行文件 main.exe。

明白了吗?不明白那就多说几句了,我们在学编译原理的时候都知道,编译器是分阶段 进行的,每一个阶段将源程序从一种表示转换成另一种表示,一般情况下都进行如下顺序:源程序->词法分器->语法分析器->语义分析器 ->中间代码生成器->代码优化器->代码生成器->目标程序.  
其中这中间6项活动都要涉及的两项主要活动是:符号管理器与错误处理器.  
归根原因,这里有一个叫做符号表的东东在里面让你着魔一样不明白,其实符号表是一个数据结构.编译器的基本一项功能就是要记录源程序中使用的标识符并收集 与每个标识符相关的各种属性信息.属性信息表明了该标识符的存储位置/类型/作用域(在那个阶段有效)等信息,通俗的说一下就是,当编译器看到一个符号声 明时,例如你的函数名它就会把它放到这个符号表中去登记一下~符号表里存放着你的函数的入口地址,参数个数,返回信息等等一堆东西~而在联接阶段主要是处 理工程中的符号表与调用对应处理关系,即我们通常所说的解引用.  
经过前面的,不知明白与否?

最后引用一下XXX兄的结尾三点:  
搞清楚语法和概念说易也易，说难也难。窍门有三点：  
1.不要晕着头工作，要抽空多思考思考，多看看书；  
2.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；  
3.勤能补拙是良训，一分辛苦一分才；