.h 文件中声明的函数在哪里找到它的定义？

Question

我是 C 编程新手，我对头文件包含部分有疑问。

(1) 我知道按照惯例，头文件不应包含函数定义。但是在这个简单的代码中：

#include<stdio.h>
int main(){
    printf("123");
}

printf 函数在stdio.h 中声明，但是我没有手动定义printf 函数。为什么代码编译成功？它不应该抛出类似function printf is not defined的编译错误吗？

(2)假设我有一个foo.h的头文件，它声明了函数foo

int foo(int num);

我在foo.h 的同一目录下有一个main.c 文件：

#include <stdio.h>
#include "foo.h"
int main(){
    printf("%d",foo(123));
}

我的问题是我应该在哪里定义函数foo？除了main.c里面还有别的地方吗？

如果不是，那么使用头文件有什么意义？因为在我看来，这就像：每次我们要实现在头文件中声明的函数时，都必须在.c 文件中定义它。 为什么不直接在main.c 中定义（并因此声明）函数foo？

Answer 1

如果不是，那么使用头文件有什么意义？因为在我看来，这就像：每次我们要实现在头文件中声明的函数时，都必须在.c 文件中定义它。为什么不直接在main.c 中定义（并因此声明）函数foo？

实际项目可能会增长到具有数百甚至数千个不同的功能，并且将它们全部保存在同一个源文件中很快变得难以为继。相反，我们将它们分组为单独的源文件，这些源文件可以独立编译成 object 文件（机器代码，但不能单独执行），然后这些目标文件可以被链接 放入可执行文件（或可链接到其他项目的库，例如标准 C 库）。

单独编译有很多好处：

• 应用程序的不同部分可以相互独立地进行测试；
• 可以在不同项目之间轻松共享代码；
• 可以重新实现应用程序的某些部分，而不会影响其他部分。

您必须在调用函数之前声明它，以便编译器可以确定您正在正确地调用该函数（传递正确数量和类型的参数并适当地使用结果）。如果函数是在与调用者不同的源文件中定义的，则将声明放在单独的标头中通常是个好主意，因此无需在每个调用该函数的源文件中手动重新键入声明，只需#include包含该声明的头文件。

在头文件中定义新类型（例如 FILE 类型）和宏（例如 NULL 宏）也很常见，因此这些定义可以很容易地成为 #included 并供您的代码使用。

在您从事大型项目之前，很难看到该实用程序。

Answer 2

头文件的主要目的是声明一个模块中定义的函数和变量，以便在另一个不相关的模块中使用。

在您的第二个示例中，您可以使用以下内容创建 foo.c：

int foo(int num)
{
    return num * 4;
}

然后你会编译 foo.c 和 main.c：

gcc -c foo.c
gcc -c main.c

然后链接它们：

gcc -o my_program foo.o main.o

如果您尝试仅编译和链接 main.c，则会收到链接器错误，指出无法找到 foo 的定义。

当您有一个大型项目时，您通常希望将函数分解为多个文件，并将相关函数放在一个 .c 文件中。

对于在 stdio.h 中声明的函数，它们是标准 C 库的一部分。这些函数的定义会自动链接，因此您不必显式地这样做。

Answer 3

为什么代码编译成功？

因为您的编译器会自动链接标准 C 库。标准C库包含printf函数的定义。

不应该抛出编译错误，比如函数 printf is not defined 吗？

不，编译器需要提供标准符号的定义，printf 就是其中之一（在托管环境中）。

我的问题是我应该在哪里定义函数 foo？

任何地方你想要的。在main.c 或您想要的另一个.c 文件中。通常，一个好的做法是，我希望 foo 定义在 foo.c 中，因为它的声明在 foo.h 中。

除了main.c里面还有别的地方吗？

是的，在另一个翻译单元 - 在另一个 .c 文件中。例如foo.c。

如果不是，使用头文件有什么意义？

很久很久以前，计算机还没有今天这么快——但这些计算机仍然使用 C 语言。因为历史上的编译器不可能在一个大文件中解析所有函数定义，因为例如当时可用的内存有限，为了编译速度，定义一个符号被分割成更小的单元。符号声明放在一个文件中，定义放在另一个文件中。这样，编译器会编译小的 .c 文件，这些文件只看到包含少量信息的短 .h 文件，然后在单独的阶段编译它之后，链接器将所有预编译的 .c 文件链接在一起。这样编译一次使用更少的资源。

如今，更新的编程语言根本不在乎 - 当您使用这些语言编写 import 时，编译器就像从定义中提取声明一样工作。计算机足够快速和强大，可以轻松处理。随着 C++ 中最新添加的modules，C++ 社区希望获得类似的机制。

为什么不在 main.c 中直接定义（并因此声明）函数 foo？

在源文件之间划分符号定义是一个质量问题。我们程序员将信息分成更小的部分，并将它们放在单独的文件中，以便于管理大型程序。但是，当然，为什么不呢 - 如果它是一个小程序，只需在一个文件中执行，在一个 .c 文件中编写许多程序（即非常长，例如超过 3000 行）。

Answer 4

printf 函数在 stdio.h 中声明，但我没有手动 定义 printf 函数。为什么代码编译成功？ 它不应该抛出类似函数 printf 的编译错误吗 没有定义？

编译器发出调用printf 的代码。它不检查函数是否在其他编译单元或目标文件中。编译器只需知道printf 是什么——即函数的返回类型和参数是什么。稍后，linker 链接目标文件和库，并查找printf 是否存在。因为您链接到标准库 - 已编译的 printf 函数在那里并且链接成功。如果链接器在目标文件和库中找不到函数（或通常是对象），它将发出错误。

我的问题是我应该在哪里定义函数 foo？有没有其他的 放在main.c里面吗？

任何地方。在任何编译单元中。重要的部分是生成的包含foo 代码（定义）的目标文件必须传递给链接器。

如果您的函数没有外部链接（即声明为static），则其定义必须与调用函数位于同一编译单元（文件）中。

例子：

static void foo(int n);

int main(void)
{
    foo(123);
}

static void foo(int n)
{
    printf("%d\n", n);
}