包含头文件时究竟会发生什么？

Question

我有两个疑问：

1. 头文件实际上包含什么？所有函数定义还是只有原型声明？
2. 包含头文件时会发生什么？头文件的所有内容是否都附加到我的代码中？还是将头文件的具体（或全部）内容加载到内存中，并根据我的代码调用函数？

Answer 1

头文件实际上包含什么？所有的函数定义还是只有原型声明？

头文件包含函数声明、外部变量、宏、结构等。最佳做法是将函数定义保留在.c 文件中。

包含头文件时会发生什么？头文件的所有内容是否都附加到我的代码中？还是将头文件的具体（或全部）内容加载到内存中，并根据我的代码调用函数？

头文件只不过是在你使用#include的地方插入它们的内容而已。如果你愿意，你可以自己写。

包含头文件相当于复制头文件的内容，但我们不这样做，因为它很容易出错，并且在源文件中复制头文件的内容不是一个好主意，特别是如果我们有多个源文件组成我们的程序。

编辑：

对于程序完整执行的内存布局，您可以点击此链接http://fgiasson.com/articles/memorylayout.txt

Answer 2

只是一个旁注，它可能很明显......

• ad 2/ 如果你#include 一个文件，includig 中的#include 指令 文件被包含的文件替换。这就是发生的事情。这是 预处理器的作用。按定义

• ad 1/ 头文件可以继续任何事情（编译器可以 接受）。其他答案描述了用于 在 c 和 h 文件之间组织代码，但这些只是约定。 他们非常好坚持，你很可能会迷失方向 更大的项目，如果你不这样做。

实际上，如果你为一个非常简单的微控制器编写 c，你可以完全不用头文件及其包含。

如果您是学生/爱好者/有时间，单独运行预处理器并查看中间输出可能会很有用。 有趣的事实：很久以前我曾经使用 c 预处理器来生成自定义字母。

无论如何，我的观点是：c preporocesor 所做的事情是由标准定义的，而在文件之间组织代码是您/您的团队可以在一定程度上选择的约定。这种区别很重要。 p>

Answer 3

1. 头文件应该包含有用的函数声明（可能还有变量）和类型定义（struct、union、enum 或 typedef）和宏（类函数或类对象宏） .这些通常声明某些库的某些部分提供的设施。例如，标准头文件，例如<stdio.h>，描述了标准库的一部分。现代头文件可能包含inline 函数定义，但除此之外，头文件既不应该定义函数也不应该定义变量——它应该只声明它们。

   还要注意，公共标头通常应该只声明对源代码使用者有用的类型和函数。它应该只包括其他提供使用头文件中的设施所必需的声明的头文件；它不应该（通常）包含无关的标头，这些标头仅在实现标头所描述的设施时才需要。

2. 头文件的内容（以及它包含的任何头文件）被复制到翻译单元 (TU) 中。注意到#define 宏和条件处理（#if 等）。您通常可以找到一种方法来查看给定源文件上预处理器的输出，以查看 C 编译器实际看到的内容（但要小心；它可能非常冗长）。例如，选项通常是-E（POSIX 要求c99 命令）或-P（较旧的常用选项）。

TU 是编译器正确看到的。它包含您文件中的源代码以及您包含的标头中的相关信息。

Answer 4

C 和 C++ 是语言，它们广泛使用称为函数转发的功能。这意味着，例如，您可以说：

void f(int i); /* note the semicolon */

这意味着：“我保证，在源代码后面的某个地方，有人会定义函数 f 的实际作用”。在这样forward之后，你可以使用这个函数，因为它确实存在，编译器稍后会要求有人实际定义这个函数（如果没有定义，编译将失败）。这个forward也叫header，因为它实际上是函数定义的header：

void f(int i) /* Header */
/* Body */
{   
    /* ... */
}

头文件是一个文件，主要包含这样的转发。您可以使用头文件来访问在其他地方定义的函数（例如在不同的编译单元或外部库中），然后附加所需的目标文件或库以提供这些头文件的实现。除了函数转发之外，在头文件中您还可以找到结构定义、常量或其他项目，这些都是正确使用已定义函数所必需的。

编译器如何将您的转发与 .c 文件中的实际实现相匹配？很简单 - 标题。它试图找到一个函数定义（实现），它与你之前声明的头文件完全匹配。

如果您使用#include 头文件会发生什么，编译器（特别是预处理器）会将头文件的全部内容复制到您放置#include 的位置。这就是魔法，没有更多的事情发生。

在运行时，头文件根本无关紧要，因为您的可执行文件只包含可执行代码。编译器要么加载库中所有可用的函数（由头文件访问），要么（很可能，如果打开优化）只选择您在代码中实际使用的这些函数。

有趣的是，只有当有人实际使用该函数时，编译器才需要函数定义（实现）。否则，转发被忽略。试试：

void f(int i);

int main(int argc, char ** argv)
{
    /* Do not use f here */

    return 0;
}