当包含一个头文件时会发生什么？

Question

当包含一个头文件时会发生什么？

cc-preprocessor

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我有两个疑问：

头文件实际上包含什么？所有函数定义还是只有原型声明？
当我包含一个头文件时会发生什么？头文件的所有内容都会附加到我的代码中吗？还是特定（或全部）头文件的内容被加载到内存中，根据我的代码调用函数？

- user2684198

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它是逐字复制在您编写的＃include行的确切位置。 - pablo1977

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“头文件实际上包含什么？”-- 试着看一下。 - Jim Balter

@JimBalter：你有什么建议可以找到并查看它吗？这并不是显而易见的做法。 - user2357112

网上有数百万个C头文件，只需点击几下即可获得，大多数语言教材中也有。谷歌搜索“示例C头文件”会带来大量信息。如果你希望成为一名程序员，我敦促你发展基本、基础的智力技能。在SO上提问并不能弥补他们的缺失。 - Jim Balter

这是从上述谷歌搜索中得到的一个有用结果：http://web.stanford.edu/~fringer/teaching/operating_systems_03/handouts/lecture8.pdf - Jim Balter

4个回答

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头文件到底包含什么？所有函数定义还是只有原型声明？

头文件包含函数声明、外部变量、宏、结构等。最佳实践是将函数定义放在.c文件中。

当我包含一个头文件时会发生什么？头文件的所有内容都会附加到我的代码中吗？还是说特定（或全部）头文件的内容被加载到内存中，根据我的代码调用函数？

头文件不过是将其内容插入使用#include的地方。如果愿意，您可以自己编写所有内容。

包含头文件等同于复制头文件的内容，但我们不这样做，因为这很容易出错，而且在源文件中复制头文件的内容不是一个好主意，特别是如果我们有多个源文件组成程序。

编辑：

有关程序完整执行的内存布局，您可以查看此链接http://fgiasson.com/articles/memorylayout.txt。

- Jayesh Bhoi

好的。但是.c文件在哪里？编译器如何知道并使用该函数？函数定义如何被加载到内存中以供执行？ - user2684198

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“那么.c文件在哪里呢？”-- 它会在你的硬盘上某个地方。“编译器怎么知道呢？”-- 因为你告诉它源文件的名称。“并使用该函数”-- 编译器不使用函数，它们生成调用函数的代码。“函数定义如何被带入内存以供执行？”-- 函数定义不会被带入内存也不会被执行......代码会被带入内存，包括编译器生成的实现函数的所有代码。 - Jim Balter

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头文件应该包含有用的函数声明（以及可能的变量声明），类型定义（如struct、union、enum或typedef）和宏定义（函数式或对象式宏）。这些通常声明了某个库的一部分提供的功能。例如，标准头文件（如<stdio.h>）描述了标准库的一部分。现代头文件可能包含inline函数定义，但除此之外，头文件不应定义任何函数或变量，只应声明它们。

另外，公共头文件通常只声明对源代码使用者有用的类型和函数。它只应包括其他提供头文件所需声明的头文件；通常不应包括只用于实现头文件所描述的功能的额外头文件。

头文件及其包含的任何头文件的内容将被复制到翻译单元（TU）中。注意#define宏和条件处理（如#if等）会被记录下来。通常可以找到一种方法来查看给定源文件的预处理器输出，以查看C编译器实际看到的内容（但要小心，它可能非常冗长）。例如，选项通常是-E（由POSIX命令c99要求）或-P（一个较旧的常用选项）。

TU是编译器实际看到的内容。它包含了你文件中的源代码以及你所包含的头文件中的相关信息。

- Jonathan Leffler

（1）应包括宏和常量。 - Jim Balter

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只是一点小提醒，可能很明显......

广告2/ 如果您#include一个文件，则包含文件中的#include指令将被所包含的文件替换。这就是发生的事情。这是预处理器执行的操作。根据定义
广告1/ 头文件可以继续任何内容（编译器可以接受的任何内容）。其他答案描述了用于在c和h文件之间组织代码的常规约定，但这些仅是约定。如果不遵循它们，您很可能会在更大的项目中迷失方向。

实际上，如果您为非常简单的微控制器编写c代码，则完全可以没有头文件及其包含。

如果您是学生/爱好者/有时间，则运行预处理器并查看中间输出可能很有用。有趣的事实：很久以前我曾使用c预处理器生成过定制信件。

无论如何，我的观点是：c预处理器的作用由标准定义，而文件之间的代码组织是一种您/您的团队在一定程度上可以选择的约定。这种区别非常重要。

- Jakub

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可以查看英文原文，
原文链接

- Spook · Accepted Answer

C和C++是编程语言，它们广泛使用名为函数转发的特性。这意味着您可以这样说：

void f(int i); /* note the semicolon */

这意味着："我保证，在源代码的某个地方，将会有人定义函数f实际上是做什么的"。在这样的前置声明之后，您可以使用此函数，就好像它真实存在一样，并且编译器将要求稍后实际定义此函数（如果没有定义，则无法编译）。这种前置声明也被称为头文件，因为它实际上就是函数定义的头部。

void f(int i) /* Header */
/* Body */
{   
    /* ... */
}

头文件是一个文件，主要包含这些前置声明。您可以使用头文件来访问在其他地方定义的函数(例如在不同的编译单元或外部库中)，然后附加所需的对象文件或库以提供这些头文件的实现。除了函数前向声明之外，在头文件中还可以找到结构定义、常量或其他项目，这些项目对于正确使用定义的函数是必需的。

编译器如何将您的前向声明与.c文件中的实际实现匹配呢? 很简单 - 通过头文件。它尝试查找与您先前声明的头文件完全匹配的函数定义(实现)。

如果您#include头文件会发生什么？编译器(特别是预处理器)将整个头文件的内容复制到您放置#include的位置。那就是所有的魔法，没有更多的事情发生。

在运行时，头文件根本不重要，因为您的可执行文件仅由可执行代码组成。编译器加载库中的所有可用函数(由头文件访问)或(大多数情况下，如果启用了优化)仅选择您实际在代码中使用的这些函数。

有趣的是，编译器只在有人实际使用该功能时才需要函数定义(实现)。否则，该前向声明将被忽略。尝试:

void f(int i);

int main(int argc, char ** argv)
{
    /* Do not use f here */

    return 0;
}