C：关于翻译单元的澄清

Question

如果我们有两个 .c 文件和一个 .h 文件： main.c sub.c sub.h，其中： main.c

#include "sub.h"
...

sub.c

#include "sub.h"
...

我们可以使用以下方式之一编译程序：i)

gcc -o a.out main.c sub.c

或者 ii)

gcc -c main.c
gcc -c sub.c
gcc -o a.out main.o sub.o

鉴于这种情况，预处理器的输出是否为一个或两个翻译单元？

我感到困惑的原因是：main.c包括sub.h，这意味着预处理器将输出一个编译单元。另一方面，在创建可执行文件之前，有两个对象文件被创建，即main.o和sub.o，这让我认为"两个源文件因此有两个翻译单元"。

我哪里理解有误？或者说我犯了什么错误？

- ElectroJunkie

Answer 1

考虑到生成可执行文件是一个两步过程：首先对每个翻译单元进行编译以生成目标文件，我们称之为编译器。其次，将目标文件链接在一起以生成可执行程序，我们称之为链接器。

“翻译单元”是第一步的问题。翻译单元是编译开始的每个文件（即传递给编译器的文件）。在大多数集成开发环境中，有规则声明每个扩展名为 .c 或 .cpp 的文件作为输入传递给编译器，而其他文件则不是。因此，具有扩展名.h、.hpp和.txt的文件通常不会直接传递给编译器。

在您的示例中，main.c和sub.c可能是翻译单元，而sub.h本身不是翻译单元（它仅在其他翻译单元中被“包含”并在其编译过程中考虑）。

因此，您将获得两个目标文件，每个翻译单位一个。这两个目标文件随后由链接器考虑。

请注意，甚至.h文件可能包含完整的程序；但除非您配置环境，使该.h-文件单独编译，否则它不会生成目标文件。

- Stephan Lechner

Answer 2

以下是关于C标准的说明：

一个源文件连同通过预处理指令#include包含的所有头文件和源文件被称为预处理翻译单元。经过预处理后，预处理翻译单元被称为翻译单元。[...] 先前翻译的翻译单元可以单独或者在库中保留。程序的不同翻译单元通过（例如）调用具有外部链接标识符的函数、操作具有外部链接标识符的对象或操作数据文件来进行通信。翻译单元可以分别翻译，然后稍后链接以生成可执行程序。

（来源：C99草案标准，5.1.1.1 §1）

因此，在你们两个例子中，都有两个翻译单元。其中一个来自编译器对main.c及其通过#include指令包含的所有内容（即sub.h和可能的和其他头文件）进行预处理，另一个则是编译器对sub.c进行相同的操作。

从第一个例子到第二个例子的区别在于，在后者中，你明确地将“不同的已翻译翻译单元”存储为目标文件。

注意，没有规则将一个目标文件与任意数量的翻译单元相关联。GNU 链接器是可以将两个 .o 文件合并的例子。

据我所知，标准并未指定源文件的扩展名。尽管如此，在实践方面，您可以自由地将 .c 文件包含到其他文件中，或将整个程序放置在 .h 文件中。使用 gcc，您可以使用选项 -x c 强制将 .h 文件视为翻译单元的起始点。

这里做出的区分是：

一个源文件以及所有通过预处理指令 #include 包含的头文件和源文件 [...]

这是因为头文件不一定是源文件。同样，在#include指令中，<...>的内容不一定是一个有效的文件名。编译器如何使用命名的头文件<...>和"..."是由具体实现定义的。

- giusti