在C语言中包含头文件的好奇心

Question

我对包含文件及其如何被管理（使用GCC）有以下好奇：假设我有一个源文件foo.c和三个头文件foo.h、foo_cfg.h和foo_int.h。

在foo.c中：

#include "foo.h"  
#include "foo_int.h" 

在 foo.h 文件中：

#include "foo_cfg.h" 

在 foo_cfg.h 文件中：

/* no inclusions */   
#define FOO BAR

在 foo_int.h 文件中：

/* no inclusions */ 
#define BAR 0U

我很好奇为什么编译会成功。 foo_cfg.h 文件不应该抱怨它不认识 BAR 标记吗？

此外，我还有另一个源文件bar.c，它只包括foo.h文件，但仍然可以正常工作。

备注：这是一个具有复杂构建环境的项目，我没有太多细节。除了为头文件指定位置外，构建环境是否还有其他影响？

如果我的问题真的很愚蠢或者我忽略了什么，请原谅我。

- Mircea Ionica

Answer 1

不，没关系。

你看，预处理器根本不关心BAR是否被定义。它只是在源代码中用BAR替换字符串FOO，而实际上并不关心此时它是否被定义。

接下来，在实际的.c文件（编译开始的地方），两个头文件都被包含，因此编译器看到了两个替换：FOO -> BAR和BAR -> 0U。所以它成功地应用了这两个替换。

头文件永远不会单独编译，它们总是作为包含该头文件的.c文件的一部分进行编译。（预处理器只是假装将头文件的内容粘贴到#include所在的位置。）所以，对于预处理器来说，你的foo.c文件看起来像这样：

/* no inclusions */
#define FOO BAR
/* no inclusions */
#define BAR 0U
/* the rest of the file... */
/* for example: */
unsigned int i = FOO;

在预处理之后，编译器只看到这个：

/* no inclusions */
/* no inclusions */
/* the rest of the file... */
/* for example: */
unsigned int i = 0U;

（不太确定，也许预处理器也会删除注释。）

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编辑：
确实，如@pmg所提到的，预处理器会将注释替换为空格，因此馈送给编译器的真正预处理文本只是

_
_
_
_
unsigned int i = 0U;

（这里的_表示空格）

- Vlad

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你可以使用 gcc -E file.c 命令输出在所有预处理完成后的文件，但是如果包含任何标准头文件，这可能会变得非常冗长。 - BoBTFish

@Vlad：是的，预处理器在第三翻译阶段删除注释。请参考标准中的5.1.1.2章节。 - pmg

@pmg：谢谢！标准引用始终是信息的最终来源。我会更新我的答案。 - Vlad

Answer 2

为了补充Vlad的答案：

预处理器宏在使用时才会被扩展，而不是在定义时已经扩展了。 所以当你写下 "#define FOO BAR" 时，它所做的只是记住 FOO=BAR。 当你写下 "#define BAR 0U" 时，它会记住 BAR=0U。

现在，当代码中看到 "FOO" 时，它会被替换为 "BAR"，随后立即用 "0U" 替换 "BAR"。 "#define FOO" 和 "#define BAR" 在源代码中出现的顺序并不重要。重要的是，在第一次看到 "FOO" 时，这两个定义都已经完成。

- ugoren

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啊哈！这就是为什么“bar.c”没有抱怨没有包含“foo_int.h”的原因，因为实际上它没有使用任何依赖于“foo_int.h”的定义。现在我恍然大悟了！ - Mircea Ionica