C语言18--头文件

头文件的作用

通常，一个常规的C语言程序会包含多个源码文件（.c），当某些公共资源需要在各个源码文件中使用时，为了避免多次编写相同的代码，一般的做法是将这些大家都需要用到的公共资源放入头文件（.h）当中，然后在各个源码文件中直接包含即可。

头文件的内容

• 头文件中所存放的内容，就是各个源码文件的彼此可见的公共资源，包括：

1. 全局变量的声明。
2. 普通函数的声明。
3. 静态函数的定义。
4. 宏定义。
5. 结构体、联合体的声明。
6. 枚举常量列表的声明。
7. 其他头文件。

示例代码：

// head.h
extern int global; // 1，全局变量的声明
extern void f1();  // 2，普通函数的声明
static void f2()   // 3，静态函数的定义
{...
}
#define MAX(a, b) ((a)>(b)?(a):(b)) // 4，宏定义
struct node    // 5，结构体的定义
{...
};
union attr    // 6，联合体的定义
{...
};
#include <unistd.h> // 7，其他头文件
#include <string.h>
#include <stdint.h>

• 特别说明：

• 1. 全局变量、普通函数的定义一般出现在某个源文件（*.c *.cpp）中，其他的源文件想要使用都需要进行声明，因此声明语句一般放在头文件中更方便。
  2. 静态函数、宏定义、结构体、联合体的声明都只能在其所在的文件可见，因此如果多个源文件都需要使用的话，放到头文件中定义是最方便，也是最安全的选择。

头文件的使用

头文件编写好了之后，就可以被各个所需要的源码文件包含了，包含头文件的语句就是如下预处理指令：

// main.c
#include "head.h"  // 包含自定义的头文件
#include <stdio.h> // 包含系统预定义的文件int main()
{...
}

头文件包含的细节：

#include <stdio.h>  
/*
#include <...> search starts here:   <>默认从以下系统路径寻找/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/11/include/usr/local/include/usr/include/x86_64-linux-gnu/usr/include
End of search list.*/#include "./inc/myHead.h"  // 使用双引号包含的头文件会从当前代码所处的路径下搜索
// 由于一般我们自己写的头文件会于项目存放在同一个路径下
// 因此一般会使用双引号来包含自己（非系统的头文件）编写的头文件
// 以上例子中有写该头文件的详细路径，因此编译时直接gcc 即可#include "myHead.h" // 没有写明头文件的具体相对路径
// 因此编译时需要告知编译器被你存储与哪个文件
gcc  xxx.c   -I./inc 
-I 用于告知编译器头文件的路径
./inc  则是具体的路径值

可以看到，在源码文件中包含指定的头文件有两种不同的形式：

• 使用双引号：在指定位置 + 系统标准路径搜索 head.h
• 使用尖括号：在系统标准路径搜索 stdio.h

由于自定义的头文件一般放在源码文件的周围，因此需要在编译的时候通过特定的选项来指定位置，而系统头文件都统一放在标准路径下，一般无需指定位置。

假设在源码文件 main.c 中，包含了两个头文件：head.h 和 stdio.h ，由于他们一个是自定义头文件，一个是系统标准头文件，前者放在项目 pro/inc 路径下，后者存放于系统头文件标准路径下（一般位于 /usr/include），因此对于这个程序的编译指令应写作：

gec@ubuntu:~/pro$ gcc main.c -o main -I./inc

头文件的格式

由于头文件包含指令 #include 的本质是复制粘贴，并且一个头文件中可以嵌套包含其他头文件，因此很容易出现一种情况是：头文件被重复包含。

• 使用条件编译，解决头文件重复包含的问题，格式如下：
  • 作用：防止头文件被多次重复包含后出现重复定义的问题

#ifndef _HEADNAME_H   
#define _HEADNAME_H...
... (头文件正文)
...#endif

其中，HEADNAME一般取头文件名称的大写

项目的基本框架：

编译命令：

gcc src/*.c -o bin/demo -I./incgcc         #编译命令
src/*.c     #需要编译的源文件 *.c 表示该路径下的所有.c文件
-o          #指明输出的文件名字
bin/demo    #具体输出的可执行文件路径+名字
-I./inc     # -I指定头文件的路径 ./inc 具体的路径

C语言的关键字：

在C语言中，以下是一些关键字及其作用：1. #include：预处理指令，用于包含头文件。例如：#include <stdio.h> 包含头文件 stdio.h，以便使用其中的函数。2. #define：预处理指令，用于定义宏。例如：#define MAX 1000 定义一个宏 MAX，值为 1000。3. #undef：预处理指令，用于取消定义宏。例如：#undef MAX 取消定义宏 MAX。4. #ifdef：预处理指令，用于检查当前定义的宏是否已定义。例如：#ifdef MACRO 检查是否定义了宏 MACRO。5. #ifndef：预处理指令，用于检查当前定义的宏是否未定义。例如：#ifndef MACRO 检查是否未定义宏 MACRO。6. #else：预处理指令，用于实现条件编译。例如：#ifdef MACRO #else 表示当宏 MACRO 已定义时执行 #else 中的代码。7. #elif：预处理指令，用于实现条件编译的 elif 分支。例如：#ifdef MACRO #elif MACRO2 表示当宏 MACRO 已定义时执行 #elif MACRO2 中的代码。8. #endif：预处理指令，用于结束条件编译。例如：#endif 结束条件编译。9. #error：预处理指令，用于生成错误信息。例如：#error "Error message" 生成错误信息 "Error message"。10. #pragma：预处理指令，用于提供编译器特定的信息。例如：#pragma pack(1) 告诉编译器使用大小为 1 的对齐方式。11. #volatile：预处理指令，用于指示对变量的访问应该使用寄存器方式。例如：#volatile 修饰的变量在汇编语言中不会被优化。12. #restrict：预处理指令，用于提示编译器使用 restrict 属性。例如：#restrict int *a 修饰的指针 a，编译器会使用 restrict 属性。13. auto：关键字，用于指定变量为自动变量。例如：auto int a 声明一个自动变量 a。14. static：关键字，用于指定变量为静态变量。例如：static int a 声明一个静态变量 a。15. register：关键字，用于指定变量为寄存器变量。例如：register int a 声明一个寄存器变量 a。16. volatile：关键字，用于指定变量为 volatile 变量。例如：volatile int a 声明一个 volatile 变量 a。17. const：关键字，用于指定变量为常量。例如：const int a 声明一个常量变量 a。18. inline：关键字，用于指定函数为内联函数。例如：inline void func() { ... } 声明一个内联函数 func。19. extern：关键字，用于指定变量为外部变量。例如：extern int a 声明一个外部变量 a。20. __cdecl、__stdcall、__fastcall、__thiscall：调用约定，用于指定函数的调用方式。例如：__cdecl void func() { ... } 声明一个使用 __cdecl 调用约定函数 func。21. __attribute__：属性，用于指定函数的属性，如限制参数数量、设置栈大小等。例如：__attribute__((stdcall)) void func(int arg) { ... } 声明一个使用 stdcall 调用约定函数 func，并限制参数数量为 int arg。22. __packed：属性，用于指定变量或结构体的对齐方式。例如：__packed int a 声明一个使用 __packed 属性变量 a。23. __section：属性，用于指定变量或结构体放置的节区。例如：__section(".data") int a 声明一个使用 __section(".data") 属性变量 a。24. __alignof__：运算符，用于获取变量或类型的对齐字节数。例如：__alignof__(int) 获取 int 类型的对齐字节数。25. __builtin_offsetof：函数，用于获取结构体中成员的偏移量。例如：__builtin_offsetof(struct my_struct, my_member) 获取 struct my_struct 中的 my_member 成员的偏移量。26. __has_feature：宏，用于检查编译器是否具有某些特性。例如：__has_feature(c++11) 检查编译器是否具有 c++11 特性。27. __is_available：宏，用于检查某个特性是否可用。例如：__is_available("avx") 检查 avx 特性是否可用。28. __clang_builtin_macro：宏，用于检查某个宏是否为 clang 内置宏。例如：__clang_builtin_macro("__clang_max__") 检查 __clang_max__ 是否为 clang 内置宏。29. __GNUC_MINOR__：宏，用于获取 gcc 版本的小版本号。例如：__GNUC_MINOR__ 获取 gcc 的 minor 版本号。30. __GNUC_PATCHLEVEL__：宏，用于获取 gcc 版本的补丁版本号。例如：__GNUC_PATCHLEVEL__ 获取 gcc 的 patchlevel 版本号。

结语：

        在这篇博客中，我们详细探讨了C语言中头文件的概念及其重要性。头文件作为代码组织的一部分，不仅便利了函数和变量的声明，也使得不同源文件之间的协作变得更加高效。通过合理地使用头文件，我们能够模块化代码，提高可读性和可维护性。

        此外，了解如何创建和管理自定义头文件，能够帮助我们减少代码重复，提升项目的结构性。在实际开发中，正确使用头文件可以降低错误的发生率，并使调试过程更加顺畅。

        希望这篇文章能够帮助您深入理解C语言中的头文件，以及如何在项目中有效地使用它们。随着编程技能的提升，对代码结构和组织方式的重视将为您的开发工作带来长远的好处。感谢您的阅读，期待与您在今后的讨论中共同分享和学习更多编程知识！