c语言头文件的使用

    技术2022-06-27  59

    C 语言头文件的使用

                             —— by janders

      转载请注名作者和出处,谢谢!

     

    C 语言中的 .h 文 件和我认识由来已久,其使用方法虽不十分复杂,但我却是经过了几个月的“不懂”时期,几年的“一知半解”时期才逐渐认识清楚他的本来面目。揪其原因,我的 驽钝和好学而不求甚解固然是原因之一,但另外还有其他原因。原因一:对于较小的项目,其作用不易被充分开发,换句话说就是即使不知道他的详细使用方法,项 目照样进行,程序在计算机上照样跑。 原因二:现在的各种 C 语言书籍都是只对 C 语言的语法进行详细的不能再详细的说明,但对于整个程序的文件组织构架却只字不提,找了好几本比较著名的 C 语言著作,却没有一个把 .h 文件的用法写的比较透彻的。下面我就斗胆提笔,来按照我对 .h 的认识思路,向大家介绍一下。

     

    让我们的思绪乘着时间机器回到大学一年级。 C 原来老师正在讲台上讲着我们的第一个 C 语言程序 : Hello world!

      文件名 First.c

    main()

    {

         printf(“Hello world!”);

    }

         例程 -1

    看看上面的程序,没有 .h 文件。是的,就是没有,世界上的万物都是经历从没有到有的过程的,我们对 .h 的认识,我想也需要从这个步骤开始。这时确实不需要 .h 文件,因为这个程序太简单了,根本就不需要。那么如何才能需要呢?让我们把这个程序变得稍微复杂些,请看下面这个,

    文件名 First.c

     

      printStr()

    {

         printf(“Hello world!”);

    }

    main()

    {

    printStr()

    }

         例程 -2

     

    还是没有 , 那就让我们把这个程序再稍微改动一下 .

     

    文件名 First.c

    main()

    {

    printStr()

    }

     

     

      printStr()

    {

         printf(“Hello world!”);

    }

         例程 -3

     

    等等,不就是改变了个顺序嘛 , 但结果确是十分不同的 . 让我们编译一下例程 -2

    和例程 -3, 你会发现例程 -3 是编译不过的 . 这时需要我们来认识一下另一个 C 语言中的概念 : 作用域 .

    我们在这里只讲述与 .h 文件相关的顶层作用域 , 顶层作用域就是从声明点延伸到源程序文本结束 , printStr() 这个函数来说,他没有单独的声明 , 只有定义 , 那么就从他定义的行开始 , first.c 文件结束 , 也就是说 , 在在例程 -2 main() 函数的引用点上 , 已经是他的作用域 . 例程 -3 main() 函数的引用点上,还不是他的作用域 , 所以会编译出错 . 这种情况怎么办呢 ? 有两种方法 , 一个就是让我们回到例程 -2, 顺序对我们来说没什么 , 谁先谁后不一样呢,只要能编译通过 , 程序能运行 , 就让 main() 文件总是放到最后吧 . 那就让我们来看另一个例程 , 让我们看看这个方法是不是在任何时候都会起作用 .

    文件名 First.c

    play2()

    {

      ……………….

      play1()

      ………………..

    }

    play1()

    {

    ……………………..

         play2()

      ……………………

    );

    }

    main()

    {

    play1()

    }

    例程 -4

     

    也许大部分都会看出来了,这就是经常用到的一种算法 , 函数嵌套 , 那么让我们看看 , play1 play2 这两个函数哪个放到前面呢 ?

     

    这时就需要我们来使用第二种方法 , 使用声明 .

    文件名 First.c

    play1();

    play2();

    play2()

    {

      ……………….

      play1()

      ………………..

    }

    play1()

    {

    ……………………..

         play2()

      ……………………

    );

    }

    main()

    {

    play1()

    }

    例程 -4

     

    经历了我的半天的唠叨 , 加上四个例程的说明 , 我们终于开始了用量变引起的质变 , 这篇文章的主题 .h 文件快要出现了。

    一个大型的软件项目 , 可能有几千个 , 上万个 play, 而不只是 play1,play2 这么简单 , 这样就可能有 N 个类似 play1(); play2(); 这样的声明 , 这个时候就需要我们想办法把这样的 play1(); play2(); 也另行管理 , 而不是把他放在 .c 文件中 , 于是 .h 文件出现了 .

     

    文件名 First.h

    play1();

    play2();

    文件名 First.C

    #include “first.h”

    play2()

    {

      ……………….

      play1()

      ………………..

    }

    play1()

    {

    ……………………..

         play2()

      ……………………

    );

    }

    main()

    {

    play1()

    }

    例程 -4

     

    各位有可能会说 , 这位 janders 大虾也太罗嗦了,上面这些我也知道 , 你还讲了这么半天 , 请原谅 , 如果说上面的内容 80% 的人都知道的话 , 那么我保证 , 下面的内容 ,80% 的人都不完全知道 . 而且这也是我讲述一件事的一贯作风 , 我总是想把一个东西说明白 , 让那些刚刚接触 C 的人也一样明白 .

    上面是 .h 文件的最基本的功能 那么 .h 文件还有什么别的功能呢 ? 让我来描述一下我手头的一个项目吧 .

     

    这个项目已经做了有 10 年以上了,具体多少年我们部门的人谁都说不太准确 , 况且时间并不是最主要的,不再详查了。 是一个通讯设备的前台软件 , 源文件大小共 51.6M, 大小共 1601 个文件 , 编译后大约 10M, 其庞大可想而知 在这里充斥着错综复杂的调用关系 , 如在 second.c 中还有一个函数需要调用 first.c 文件中的 play1 函数 , 如何实现呢 ?

     

    Sencond.h 文件

     

    play1();

     

    sencond.c 文件

     

    ***()

    {

    …………….

    Play();

    ……………….

    }

    例程 -5

     

    sencond.h 文件内声明 play1 函数,怎么能调用到 first.c 文件中的哪个 play1 函数中呢 ? 是不是搞错了,没有搞错 , 这里涉及到 c 语言的另一个特性 : 存储类说明符 .

    C 语言的存储类说明符有以下几个 , 我来列表说明一下

     

    说明符                       用法

    Auto                只在块内变量声明中被允许 , 表示变量具有本地生存期 .

    Extern                          出现在顶层或块的外部变量函数与变量声明中,表示声明的对象

    具有静态生存期 , 连接程序知道其名字 .

    Static              可以放在函数与变量声明中 . 在函数定义时 , 其只用于指定函数

                                       , 而不将函数导出到连接程序 . 在函数声明中 , 表示其后面会有

    定义声明的函数 , 存储类为 static. 在数据声明中 , 总是表示定义

    的声明不导出到连接程序 .

    无疑 , 在例程 -5 中的 second.h first.h , 需要我们用 extern 标志符来修饰 play1 函数的声明 , 这样 ,play1() 函数就可以被导出到连接程序 , 也就是实现了无论在 first.c 文件中调用 , 还是在 second.c 文件中调用 , 连接程序都会很聪明的按照我们的意愿 , 把他连接到 first.c 文件中的 play1 函数的定义上去 , 而不必我们在 second.c 文件中也要再写一个一样的 play1 函数 .

    但随之有一个小问题 , 在例程 -5 , 我们并没有用 extern 标志符来修饰 play1 , 这里涉及到另一个问题 , C 语言中有默认的存储类标志符 . C99 中规定 , 所有顶层的默认存储类标志符都是 extern . 原来如此啊 哈哈 回想一下例程 -4, 也是好险 , 我们在无知的情况下 , 竟然也误打误撞 , 用到了 extern 修饰符 , 否则在 first.h 中声明的 play1 函数如果不被连接程序导出 , 那么我们在在 play2() 中调用他时 , 是找不到其实际定义位置的 .

     

    那么我们如何来区分哪个头文件中的声明在其对应的 .c 文件中有定义 , 而哪个又没有呢 ? 这也许不是必须的,因为无论在哪个文件中定义,聪明的连接程序都会义无返顾的帮我们找到,并导出到连接程序 , 但我觉得他确实必要的 . 因为我们需要知道这个函数的具体内容是什么 , 有什么功能 , 有了新需求后我也许要修改他, 我需要在短时间内能找到这个函数的定义 , 那么我来介绍一下在 C 语言中一个人为的规范 :

     

    .h 文件中声明的函数 , 如果在其对应的 .c 文件中有定义 , 那么我们在声明这个函数时 , 不使用 extern 修饰符 , 如果反之 , 则必须显示使用 extern 修饰符 .

     

    这样 , C 语言的 .h 文件中 , 我们会看到两种类型的函数声明 . extern , 还不带 extern , 简单明了 , 一个是引用外部函数,一个是自己生命并定义的函数 .

    最终如下 :

    Sencond.h 文件

     

    Extern play1();

     

     

    上面洋洋洒洒写了那么多都是针对函数的,而实际上 .h 文件却不是为函数所御用的 . 打开我们项目的一个 .h 文件我们发现除了函数外 , 还有其他的东西 , 那就是全局变量

     

    在大型项目中,对全局变量的使用不可避免 , 比如 , first.c 中需要使用一个全局变量 G_test, 那么我们可以在 first.h , 定义 TPYE G_test. 与对函数的使用类似 , second.c 中我们的开发人员发现他也需要使用这个全局变量 , 而且要与 first.c 中一样的那个 , 如何处理 ? , 我们可以仿照函数中的处理方法 , second.h 中再次声明 TPYE G_test, 根据 extern 的用法 , 以及 c 语言中默认的存储类型 , 在两个头文件中声明的 TPYE G_test, 其实其存储类型都是 extern, 也就是说不必我们操心 , 连接程序会帮助我们处理一切 . 但我们又如何区分全局变量哪个是定义声明 , 哪个是引用声明呢 ? 这个比函数要复杂一些 , 一般在 C 语言中有如下几种模型来区分 :

     

    1、 初始化语句模型

    顶层声明中,存在初始化语句是,表示这个声明是定义声明,其他声明是引用声明。 C 语言的所有文件之中,只能有一个定义声明。

    按照这个模型,我们可以在 first.h 中定义如下 TPYE G_test=1 ;那么就确定在 first 中的是定义声明,在其他的所有声明都是引用声明。

    2、 省略存储类型说明

    在这个模型中,所有引用声明要显示的包括存储类 extern 而每个外部变量的唯一定义声明中省略存储类说明符。

    这个与我们对函数的处理方法类似,不再举例说明。

     

           这里还有一个需要说明,本来与本文并不十分相关,但前一段有个朋友遇到此问题,相信很多人都会遇到, 那就是数组全局变量。

     

    他遇到的问题如下:

    在声明定义时,定义数组如下:

    int G_glob[100];

     

    在另一个文件中引用声明如下:

    int * G_glob;

     

    vc 中,是可以编译通过的, 这种情况大家都比较模糊并且需要注意,数组与指针类似,但并不等于说对数组的声明起变量就是指针。 上面所说的的程序在运行时发现了问题,在引用声明的那个文件中,使用这个指针时总是提示内存访问错误,原来我们的连接程序并不把指针与数组等同,连接时,也不把他们当做同一个定义,而是认为是不相关的两个定义,当然会出现错误。正确的使用方法是在引用声明中声明如下:

     

    int G_glob[10];

     

    并且最好再加上一个 extern ,更加明了。

     

    extern int G_glob[10];

     

           另外需要说明的是,在引用声明中由于不需要涉及到内存分配,可以简化如下,这样在需要对全局变量的长度进行修改时,不用把所有的引用声明也全部修改了。

     

    extern int G_glob[];


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