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【C++】.h文件与.c文件的区别

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。

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