C語言標頭檔案的使用
——by janders
轉載請註名作者和出處，謝謝！
C語言中的.h檔案和我認識由來已久，其使用方法雖不十分複雜，但我卻是經過了幾個月的“不懂”時期，幾年的“一知半解”時期才逐漸認識清楚他的本來面目。揪其原因，我的駑鈍和好學而不求甚解固然是原因之一，但另外還有其他原因。原因一：對於較小的專案，其作用不易被充分開發，換句話說就是即使不知道他的詳細使用方法，專案照樣進行，程式在計算機上照樣跑。 原因二：現在的各種C語言書籍都是隻對C語言的語法進行詳細的不能再詳細的說明，但對於整個程式的檔案組織構架卻隻字不提，找了好幾本比較著名的C語言著作，卻沒有一個把.h檔案的用法寫的比較透徹的。下面我就斗膽提筆，來按照我對.h的認識思路，向大家介紹一下。
讓我們的思緒乘著時間機器回到大學一年級。C原來老師正在講臺上講著我們的第一個C語言程式: Hello world!
檔名 First.c
main()
{
printf(“Hello world!”);
}
例程-1
看看上面的程式，沒有.h檔案。是的，就是沒有，世界上的萬物都是經歷從沒有到有的過程的，我們對.h的認識，我想也需要從這個步驟開始。這時確實不需要.h檔案，因為這個程式太簡單了，根本就不需要。那麼如何才能需要呢？讓我們把這個程式變得稍微複雜些，請看下面這個，
檔名 First.c
printStr()
{
printf(“Hello world!”);
}
main()
{
printStr()
}
例程-2
還是沒有, 那就讓我們把這個程式再稍微改動一下.
檔名 First.c
main()
{
printStr()
}
printStr()
{
printf(“Hello world!”);
}
例程-3
等等，不就是改變了個順序嘛, 但結果確是十分不同的. 讓我們編譯一下例程-2
和例程-3,你會發現例程-3是編譯不過的.這時需要我們來認識一下另一個C語言中的概念:作用域.
我們在這裡只講述與.h檔案相關的頂層作用域, 頂層作用域就是從宣告點延伸到源程式文字結束, 就printStr()這個函式來說，他沒有單獨的宣告,只有定義,那麼就從他定義的行開始,到first.c檔案結束, 也就是說,在在例程-2的main()函式的引用點上,已經是他的作用域. 例程-3的main()函式的引用點上，還不是他的作用域,所以會編譯出錯. 這種情況怎麼辦呢? 有兩種方法 ,一個就是讓我們回到例程-2, 順序對我們來說沒什麼, 誰先誰後不一樣呢，只要能編譯通過,程式能執行, 就讓main()檔案總是放到最後吧. 那就讓我們來看另一個例程,讓我們看看這個方法是不是在任何時候都會起作用.
檔名 First.c
play2()
{
……………….
play1()
………………..
}
play1()
{
……………………..
play2()
……………………
);
}
main()
{
play1()
}
例程-4
也許大部分都會看出來了，這就是經常用到的一種演算法, 函式巢狀, 那麼讓我們看看, play1和play2這兩個函式哪個放到前面呢?
這時就需要我們來使用第二種方法,使用宣告.
檔名 First.c
play1();
play2();
play2()
{
……………….
play1()
………………..
}
play1()
{
……………………..
play2()
……………………
);
}
main()
{
play1()
}
例程-4
經歷了我的半天的嘮叨, 加上四個例程的說明,我們終於開始了用量變引起的質變, 這篇文章的主題.h檔案快要出現了。
一個大型的軟體專案,可能有幾千個,上萬個play, 而不只是play1,play2這麼簡單, 這樣就可能有N個類似 play1(); play2(); 這樣的宣告, 這個時候就需要我們想辦法把這樣的play1(); play2(); 也另行管理, 而不是把他放在.c檔案中, 於是.h檔案出現了.
檔名 First.h
play1();
play2();
檔名 First.C
#include “first.h”
play2()
{
……………….
play1()
………………..
}
play1()
{
……………………..
play2()
……………………
);
}
main()
{
play1()
}
例程-4
各位有可能會說,這位janders大蝦也太羅嗦了，上面這些我也知道, 你還講了這麼半天, 請原諒,如果說上面的內容80%的人都知道的話,那麼我保證,下面的內容,80%的人都不完全知道. 而且這也是我講述一件事的一貫作風,我總是想把一個東西說明白,讓那些剛剛接觸C的人也一樣明白.
上面是.h檔案的最基本的功能, 那麼.h檔案還有什麼別的功能呢? 讓我來描述一下我手頭的一個專案吧.
這個專案已經做了有10年以上了，具體多少年我們部門的人誰都說不太準確,況且時間並不是最主要的，不再詳查了。 是一個通訊裝置的前臺軟體, 原始檔大小共 51.6M, 大小共1601個檔案, 編譯後大約10M, 其龐大可想而知, 在這裡充斥著錯綜複雜的呼叫關係,如在second.c中還有一個函式需要呼叫first.c檔案中的play1函式, 如何實現呢?
Sencond.h 檔案
play1();
sencond.c檔案
***()
{
…………….
Play();
……………….
}
例程-5
在sencond.h檔案內宣告play1函式，怎麼能呼叫到first.c檔案中的哪個play1函式中呢? 是不是搞錯了，沒有搞錯, 這裡涉及到c語言的另一個特性:儲存類說明符.
C語言的儲存類說明符有以下幾個, 我來列表說明一下
說明符 用法
Auto 只在塊內變數宣告中被允許, 表示變數具有本地生存期.
Extern 出現在頂層或塊的外部變數函式與變數宣告中，表示宣告的物件
具有靜態生存期, 連線程式知道其名字.
Static 可以放在函式與變數宣告中. 在函式定義時, 其只用於指定函式
名,而不將函式匯出到連線程式. 在函式宣告中,表示其後面會有
定義宣告的函式, 儲存類為static. 在資料宣告中, 總是表示定義
的宣告不匯出到連線程式.
無疑, 在例程-5中的second.h和first.h中,需要我們用extern標誌符來修飾play1函式的宣告,這樣,play1()函式就可以被匯出到連線程式, 也就是實現了無論在first.c檔案中呼叫,還是在second.c檔案中呼叫,連線程式都會很聰明的按照我們的意願,把他連線到first.c檔案中的play1函式的定義上去, 而不必我們在second.c檔案中也要再寫一個一樣的play1函式.
但隨之有一個小問題, 在例程-5中,我們並沒有用extern標誌符來修飾play1啊, 這裡涉及到另一個問題, C語言中有預設的儲存類標誌符. C99中規定, 所有頂層的預設儲存類標誌符都是extern . 原來如此啊, 哈哈. 回想一下例程-4, 也是好險, 我們在無知的情況下, 竟然也誤打誤撞,用到了extern修飾符,否則在first.h中宣告的play1函式如果不被連線程式匯出,那麼我們在在play2()中呼叫他時, 是找不到其實際定義位置的 .
那麼我們如何來區分哪個標頭檔案中的宣告在其對應的.c檔案中有定義,而哪個又沒有呢? 這也許不是必須的，因為無論在哪個檔案中定義，聰明的連線程式都會義無返顧的幫我們找到，並匯出到連線程式, 但我覺得他確實必要的. 因為我們需要知道這個函式的具體內容是什麼,有什麼功能, 有了新需求後我也許要修改他， 我需要在短時間內能找到這個函式的定義, 那麼我來介紹一下在C語言中一個人為的規範:
在.h檔案中宣告的函式,如果在其對應的.c檔案中有定義,那麼我們在宣告這個函式時,不使用extern修飾符, 如果反之,則必須顯示使用extern修飾符.
這樣,在C語言的.h檔案中,我們會看到兩種型別的函式宣告. 帶extern的,還不帶extern的, 簡單明瞭,一個是引用外部函式，一個是自己生命並定義的函式.
最終如下:
Sencond.h 檔案
Extern play1();
上面洋洋灑灑寫了那麼多都是針對函式的，而實際上.h檔案卻不是為函式所御用的. 開啟我們專案的一個.h檔案我們發現除了函式外,還有其他的東西, 那就是全域性變數.
在大型專案中，對全域性變數的使用不可避免, 比如,在first.c中需要使用一個全域性變數G_test, 那麼我們可以在first.h中,定義 TPYE G_test. 與對函式的使用類似, 在second.c中我們的開發人員發現他也需要使用這個全域性變數, 而且要與first.c中一樣的那個, 如何處理? 對,我們可以仿照函式中的處理方法,在second.h中再次宣告TPYE G_test, 根據extern的用法,以及c語言中預設的儲存型別, 在兩個標頭檔案中宣告的TPYE G_test,其實其儲存型別都是extern, 也就是說不必我們操心, 連線程式會幫助我們處理一切. 但我們又如何區分全域性變數哪個是定義宣告,哪個是引用宣告呢?這個比函式要複雜一些, 一般在C語言中有如下幾種模型來區分:
1、 初始化語句模型
頂層宣告中，存在初始化語句是，表示這個宣告是定義宣告，其他宣告是引用宣告。C語言的所有檔案之中，只能有一個定義宣告。
按照這個模型，我們可以在first.h中定義如下TPYE G_test=1；那麼就確定在first中的是定義宣告，在其他的所有宣告都是引用宣告。
2、 省略儲存型別說明
在這個模型中，所有引用宣告要顯示的包括儲存類extern， 而每個外部變數的唯一定義宣告中省略儲存類說明符。
這個與我們對函式的處理方法類似，不再舉例說明。
這裡還有一個需要說明，本來與本文並不十分相關，但前一段有個朋友遇到此問題，相信很多人都會遇到， 那就是陣列全域性變數。
他遇到的問題如下：
在宣告定義時，定義陣列如下：
int G_glob[100];
在另一個檔案中引用宣告如下：
int * G_glob;
在vc中，是可以編譯通過的， 這種情況大家都比較模糊並且需要注意，陣列與指標類似，但並不等於說對陣列的宣告起變數就是指標。 上面所說的的程式在執行時發現了問題，在引用宣告的那個檔案中，使用這個指標時總是提示記憶體訪問錯誤，原來我們的連線程式並不把指標與陣列等同，連線時，也不把他們當做同一個定義，而是認為是不相關的兩個定義，當然會出現錯誤。正確的使用方法是在引用宣告中宣告如下：
int G_glob[10];
並且最好再加上一個extern，更加明瞭。
extern int G_glob[10];
另外需要說明的是，在引用宣告中由於不需要涉及到記憶體分配，可以簡化如下，這樣在需要對全域性變數的長度進行修改時，不用把所有的引用宣告也全部修改了。
extern int G_glob[];
C語言是現今為止在底層核心程式設計中，使用最廣泛的語言，以前是，以後也不會有太大改變，雖然現在java,.net等語言和工具對c有了一定衝擊，但我們看到在計算機最為核心的地方，其他語言是無論如何也代替不了的，而這個領域也正是我們對計算機痴迷的程式設計師所向往的。