【C++】.h文件与.c文件的区别

今天药忘吃喽~ 2023-09-23 17:52 140阅读 0赞

## C++源文件的编译过程与.c.h文件的区别 ##

### 编译器的处理过程 ###

要理解.c文件与.h文件有什么不同之处，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
4.  链接阶段；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。

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。链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，你如果自己写链接器脚本的话，可以不用main函数作为程序入口！

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：

mytest.c文件内容如下：

#include <stdio.h>
    #include "mytest.h"
     
    int main(int argc,char **argv)
    {
     test = 25;
     printf("test.................%d\n",test);
    }

mytest.h文件内容如下：

int test;

现在以这个例子来讲解编译器的工作：

1️⃣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.h文件，就会在所有搜索路径中寻找这两个文件，找到之后，就会将相应.h文件中再去处理宏，变量，函数声明，嵌套的.h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”。

2️⃣编译阶段

在上一步中相当于将那个.h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

3️⃣链接阶段

将上一步成生的各个目标文件，根据一些参数，链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h文件各写什么内容的话题上：

理论上来说，C文件与h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（好像是句废话）。

比如你在h文件中写函数体，只要在任何一个C文件包含此.h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.h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h文件与C文件呢？又为何一般都在h文件中进行函数，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：

1️⃣：如果在h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h 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。

2️⃣：如果在h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h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h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。

3️⃣：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h文件就行了

4️⃣：在h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

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？为什么经常见xx.c 里面include 对应的xx.h？
 *  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？
 *  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？

下面是一位牛人的原话：

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？

回过头再看上面的3个问题，很好解答了吧？

它的解答如下:  
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。

补充一下：

一个程序仅有一个H文件，没有C文件，可以吗？

答案是肯定的，不可以！在VC6.0下可以看到编译按钮的颜色！变灰，表示无法编译。