C语言中.h与.c解析

C语言中.h和.c文件解析

简单的说其实要理解C文件与头文件（即.h）有什么不同之处，首先需要弄明白编译器的工作过程，一般说来编译器会做以下几个过程：

1.预处理阶段

2.词法与语法分析阶段

3.编译阶段，首先编译成纯汇编语句，再将之汇编成跟CPU相关的二进制码，生成各个目标文件(.obj文件)

4.连接阶段，将各个目标文件中的各段代码进行绝对地址定位，生成跟特定平台相关的可执行文件，当然，最后还可以用objcopy生成纯二进制码，也就是去掉了文件格式信息。（生成.exe文件）

编译器在编译时是以C文件为单位进行的，也就是说如果你的项目中一个C文件都没有，那么你的项目将无法编译，连接器是以目标文件为单位，它将一个或多个目标文件进行函数与变量的重定位，生成最终的可执行文件，在PC上的程序开发，一般都有一个main 函数，这是各个编译器的约定，当然，你如果自己写连接器脚本的话，可以不用main函数作为程序入口！！！！

main .c文件目标文件可执行文件

有了这些基础知识，再言归正传，为了生成一个最终的可执行文件，就需要一些目标文件，也就是需要C文件，而这些C文件中又需要一个main函数作为可执行程序的入口，那么我们就从一个C文件入手，假定这个C文件内容如下：

#include

#include "mytest.h"

int main(int argc,char **argv)

{

test = 25;

printf("test.................%d\n",test);

}

头文件内容如下：

int test;

现在以这个例子来讲解编译器的工作：

1.预处理阶段：编译器以C文件作为一个单元，首先读这个C文件，发现第一句与第二句是包含一个头文件，就会在所有搜索路径中寻找这两个文件，找到之后，就会将相应头文件中再去处理宏，变量，函数声明，嵌套的头文件包含等，检测依赖关系，进行宏替换，看是否有重复定义与声明的情况发生，最后将那些文件中所有的东东全部扫描进这个当前的C 文件中，形成一个中间“C文件”。

2.编译阶段：在上一步中相当于将那个头文件中的test变量扫描进了一个中间C文件，那么test变量就变成了这个文件中的一个全局变量，此时就将所有这个中间C文件的所有变量，函数分配空间，将各个函数编译成二进制码，按照特定目标文件格式生成目标文件，在这种格式的目标文件中进行各个全局变量，函数的符号描述，将这些二进制码按照一定的标

准组织成一个目标文件。

3.连接阶段：将上一步成生的各个目标文件，根据一些参数，连接生成最终的可执行文件，主要的工作就是重定位各个目标文件的函数，变量等，相当于将个目标文件中的二进制码按一定的规范合到一个文件中再回到C文件与头文件各写什么内容的话题上：理论上来说C 文件与头文件里的内容，只要是C语言所支持的，无论写什么都可以的，比如你在头文件中写函数体，只要在任何一个C文件包含此头文件就可以将这个函数编译成目标文件的一部分（编译是以C文件为单位的，如果不在任何C文件中包含此头文件的话，这段代码就形同虚设），你可以在C文件中进行函数声明，变量声明，结构体声明，这也不成问题！！！那为何一定要分成头文件与C文件呢？又为何一般都在头件中进行函数，变量声明，宏声明，结构体声明呢？而在C文件中去进行变量定义，函数实现呢？？原因如下：

1.如果在头文件中实现一个函数体，那么如果在多个C文件中引用它，而且又同时编译多个C文件，将其生成的目标文件连接成一个可执行文件，在每个引用此头文件的C文件所生成的目标文件中，都有一份这个函数的代码，如果这段函数又没有定义成局部函数，那么在连接时，就会发现多个相同的函数，就会报错。

2.如果在头文件中定义全局变量，并且将此全局变量赋初值，那么在多个引用此头文件的C文件中同样存在相同变量名的拷贝，关键是此变量被赋了初值，所以编译器就会将此变量放入DA TA段，最终在连接阶段，会在DA TA段中存在多个相同的变量，它无法将这些变量统一成一个变量，也就是仅为此变量分配一个空间，而不是多份空间，假定这个变量在头文件没有赋初值，编译器就会将之放入BSS段，连接器会对BSS段的多个同名变量仅分配一个存储空间。

3.如果在C文件中声明宏，结构体，函数等，那么我要在另一个C文件中引用相应的宏，结构体，就必须再做一次重复的工作，如果我改了一个C文件中的一个声明，那么又忘了改其它C文件中的声明，这不就出了大问题了，程序的逻辑就变成了你不可想象的了，如果把这些公共的东东放在一个头文件中，想用它的C文件就只需要引用一个就OK了！！！这样岂不方便，要改某个声明的时候，只需要动一下头文件就行了。

4.在头文件中声明结构体，函数等，当你需要将你的代码封装成一个库，让别人来用你的代码，你又不想公布源码，那么人家如何利用你的库呢？也就是如何利用你的库中的各个函数呢？？一种方法是公布源码，别人想怎么用就怎么用，另一种是提供头文件，别人从头文件中看你的函数原型，这样人家才知道如何调用你写的函数，就如同你调用printf函数一样，里面的参数是怎样的？？你是怎么知道的？？还不是看人家的头文件中的相关声明啊！！！当然这些东东都成了C标准，就算不看人家的头文件，你一样可以知道怎么使用

c语言中.c和.h文件的困惑

本质上没有任何区别。只不过一般：

.h文件是头文件，内含函数声明、宏定义、结构体定义等内容。

.c文件是程序文件，内含函数实现，变量定义等内容。而且是什么后缀也没有关系，只不过编译器会默认对某些后缀的文件采取某些动作。你可以强制编译器把任何后缀的文件都当作c文件来编。

这样分开写成两个文件是一个良好的编程风格。而且，比方说我在aaa.h里定义了一个函数的声明，然后我在aaa.h的同一个目录下建立aaa.c，aaa.c里定义了这个函数的实现，然后是在main函数所在.c文件里#include这个aaa.h 然后我就可以使用这个函数了。main 在运行时就会找到这个定义了这个函数的aaa.c文件。这是因为：main函数为标准C/C++的

程序入口，编译器会先找到该函数所在的文件。假定编译程序编译myproj.c（其中含main()）时，发现它include了mylib.h（其中声明了函数void test()），那么此时编译器将按照事先设定的路径（Include路径列表及代码文件所在的路径）查找与之同名的实现文件（扩展名为.cpp 或.c，此例中为mylib.c），如果找到该文件，并在其中找到该函数（此例中为void test()）的实现代码，则继续编译；如果在指定目录找不到实现文件，或者在该文件及后续的各include 文件中未找到实现代码，则返回一个编译错误.其实include的过程完全可以“看成”是一个文件拼接的过程，将声明和实现分别写在头文件及C文件中，或者将二者同时写在头文件中，理论上没有本质的区别。以上是所谓动态方式。对于静态方式，基本所有的C/C++编译器都支持一种链接方式被称为Static Link，即所谓静态链接。在这种方式下，我们所要做的，就是写出包含函数，类等等声明的头文件（a.h,b.h,...），以及他们对应的实现文件（a.cpp,b.cpp,...），编译程序会将其编译为静态的库文件（a.lib,b.lib,...）。在随后的代码重用过程中，我们只需要提供相应的头文件（.h）和相应的库文件（.lib），就可以使用过去的代码了。相对动态方式而言，静态方式的好处是实现代码的隐蔽性，即C++中提倡的“接口对外，实现代码不可见”。有利于库文件的转发.c文件和.h文件的概念与联系如果说难题最难的部分是基本概念，可能很多人都会持反对意见，但实际上也确实如此。我高中的时候学物理，老师抓的重点就是概念——概念一定要搞清，于是难题也成了容易题。如果你能分析清楚一道物理难题存在着几个物理过程，每一个过程都遵守那一条物理定律(比如动量守恒、牛II定律、能量守恒)，那么就很轻松的根据定律列出这个过程的方程，N 个过程必定是N个N元方程，难题也就迎刃而解。即便是高中的物理竞赛难题，最难之处也不过在于：

(1)、混淆你的概念，让你无法分析出几个物理过程，或某个物理过程遵循的那条物理定律；

(2)、存在高次方程，列出方程也解不出。而后者已经是数学的范畴了，所以说，最难之处还在于掌握清晰的概念；

程序设计也是如此，如果概念很清晰，那基本上没什么难题(会难在数学上，比如算法的选择、时间空间与效率的取舍、稳定与资源的平衡上)。但是，要掌握清晰的概念也没那么容易。比如下面这个例子，看看你有没有很清晰透彻的认识。

//a.h

void foo();

//a.c

#include "a.h" //我的问题出来了：这句话是要，还是不要？

void foo()

{

return;

}

//main.c

#include "a.h"

int main(int argc, char *argv[])

{

foo();

return 0;

}

针对上面的代码，请回答三个问题：

1、a.c 中的#include "a.h" 这句话是不是多余的？

2、为什么经常见xx.c 里面include 对应的xx.h？

3、如果 a.c 中不写，那么编译器是不是会自动把.h 文件里面的东西跟同名的.c 文件绑定在一起？

（请针对上面3道题仔细考虑10分钟，莫要着急看下面的解释。:) 考虑的越多，下面理解的就越深。）

好了，时间到！请忘掉上面的3道题，以及对这三道题引发出的你的想法，然后再听我慢慢道来。正确的概念是：从C编译器角度看，.h和.c皆是浮云，就是改名为.txt、.doc也没有大的分别。换句话说，就是.h和.c没啥必然联系。.h中一般放的是同名.c文件中定义的变量、数组、函数的声明，需要让.c外部使用的声明。这个声明有啥用？只是让需要用这些声明的地方方便引用。因为#include "xx.h" 这个宏其实际意思就是把当前这一行删掉，把xx.h 中的内容原封不动的插入在当前行的位置。由于想写这些函数声明的地方非常多（每一个调用xx.c 中函数的地方，都要在使用前声明一下子），所以用#include "xx.h" 这个宏就简化了许多行代码——让预处理器自己替换好了。也就是说，xx.h 其实只是让需要写xx.c 中函数声明的地方调用（可以少写几行字），至于include 这个.h 文件是谁，是.h 还是.c，还是与这个.h 同名的.c，都没有任何必然关系。

这样你可能会说：啊？那我平时只想调用xx.c 中的某个函数，却include了xx.h 文件，岂不是宏替换后出现了很多无用的声明？没错，确实引入了很多垃圾，但是它却省了你不少笔墨，并且整个版面也看起来清爽的多。鱼与熊掌不可得兼，就是这个道理。反正多些声明（.h一般只用来放声明，而放不定义，参见拙著“过马路，左右看”）也无害处，又不会影响编译，何乐而不为呢？

翻回头再看上面的3个问题，很好解答了吧？

1、答：不一定。这个例子中显然是多余的。但是如果.c中的函数也需要调用同个.c中的其它函数，那么这个.c往往会include同名的.h，这样就不需要为声明和调用顺序而发愁了（C 语言要求使用之前必须声明，而include同名.h一般会放在.c的开头）。有很多工程甚至把这种写法约定为代码规范，以规范出清晰的代码来。

2、答：1中已经回答过了。

3、答：不会。问这个问题的人绝对是概念不清，要不就是想混水摸鱼。非常讨厌的是中国的很多考试出的都是这种烂题，生怕别人有个清楚的概念了，绝对要把考生搞晕。

搞清楚语法和概念说易也易，说难也难。窍门有三点：

不要晕着头工作，要抽空多思考思考，多看看书；

看书要看好书，问人要问强人。烂书和烂人都会给你一个错误的概念，误导你；

勤能补拙是良训，一分辛苦一分才；

通过头文件来调用库功能。在很多场合，源代码不便（或不准）向用户公布，只要向用户提供头文件和二进制的库即可。用户只需要按照头文件中的接口声明来调用库功能，而不

必关心接口怎么实现的。编译器会从库中提取相应的代码。

头文件能加强类型安全检查。如果某个接口被实现或被使用时，其方式与头文件中的声明不一致，编译器就会指出错误，这一简单的规则能大大减轻程序员调试、改错的负担。头文件用来存放函数原型。

头文件如何来关联源文件？

这个问题实际上是说，已知头文件“a.h”声明了一系列函数(仅有函数原型,没有函数实现)，“b.cpp”中实现了这些函数，那么如果我想在“c.cpp”中使用“a.h”中声明的这些在“b.cpp”中实现的函数，通常都是在“c.cpp”中使用#include “a.h”,那么c.cpp是怎样找到b.cpp中的实现呢？

其实.cpp和.h文件名称没有任何直接关系，很多编译器都可以接受其他扩展名。谭浩强老师的《C程序设计》一书中提到，编译器预处理时，要对#inc lude命令进行“文件包含处理”：将headfile.h的全部内容复制到#include “headfile.h”处。这也正说明了，为什么很多编译器并不care到底这个文件的后缀名是什么----因为#include预处理就是完成了一个“复制并插入代码”的工作。

程序编译的时候，并不会去找b.cpp文件中的函数实现，只有在link的时候才进行这个工作。我们在b.cpp或c.cpp中用#include “a.h”实际上是引入相关声明，使得编译可以通过，程序并不关心实现是在哪里，是怎么实现的。源文件编译后成生了目标文件（.o或.obj文件），目标文件中，这些函数和变量就视作一个个符号。在link的时候，需要在makefile里面说明需要连接哪个.o或.obj文件（在这里是b.cpp生成的.o或.obj文件），此时，连接器会去这个.o或.obj文件中找在b.cpp中实现的函数，再把他们build到makefile中指定的那个可以执行文件中。

在VC中，一般情况下不需要自己写makefile，只需要将需要的文件都包括在project 中，VC会自动帮你把makefile写好。

通常，编译器会在每个.o或.obj文件中都去找一下所需要的符号，而不是只在某个文件中找或者说找到一个就不找了。因此，如果在几个不同文件中实现了同一个函数，或者定义了同一个全局变量，链接的时候就会提示“redefined”

在此里要明确一点,编译器是按照编译单元进行编译的,所谓的编译单元,是指一个.c文件以及它所include的所有.h文件.最直观的理解就是一个文件,一个工程中可以包含很多文件,其中有一个程序的入口点,即我们通常所说的main()函数(当然也可以没有这个函数,程序照样能启动,详细见我的blog中).在没有这个程序入口点的情况下,编译单元只生成目标文件object file(.o文件,windows下叫做.obj).

这个例子中总共包含了二个编译单元,分别是 a.c,main.c,按照我所说的,在编译阶段只是生成各自的.o文件.这个阶段不和其它的文件发生任何的关系。而include这个预处理指令发生在预处理阶段(早先编译阶段,只是编译器的一个前驱处理程序).

.h .c不见得是浮云,脱离了编译器谈这些没有任何的意义,抛开更深层次的这些,比如说,OS如何启动这个文件,PE结构(linux 下为elf)等等。编译器首先要识别这个文件才可能去编译它,这是前提.如果你改了它的扩展名那么你的编译器还能认识它吗~上升到一个更高的层次上看待这个问题,XX兄说的也不错~我想XX兄说的意思就是两者不可因为名字相同就认为两者有什么关系,名字是可以随便的~~两者之间的联系,我在前面说过了,是由于历史的原因造成的,再加上人的习惯,我想谁也不想多去记那么多文件名吧.(拿我举个例子,一个数

据表如果多于30个字段,我就觉得头大了,现在弄的表有的多达上百个字段,真希望那位高人研究出什么好的方法来~,也让我们的世界美好一些~)

乾坤一笑的第三个问题很有代表性,多次在网上看到,现在的编译器绝对没有那么智能,而且也没有必须那么做.下面我们主要聊聊编译器的处理过程.(我想初学者有疑问的正在于此,即是对于编译过程.h .c(.cpp)的变化不太了解,)

下面我说举个简单的例子来聊聊~~例子如下:

//a.h

class A

{

pubic:

int f(int t);

};

//a.cpp

#include "a.h"

int A::f(int t)

{

return t;

}

//main.cpp

#include "a.h"

void main()

{

A a;

a.f(3);

}

在预处理阶段,预处理器看到#include "文件名"就把这个文件读进来,比如它编译main.cpp，看到#include "a.h"，它就把a.h的内容读进来，它知道了，有一类A，包含一个成员函数f，这个函数接受一个int型的参数，返回一个int型的值。再往下编译很容易就把A a这行读懂了，它知道是要拿A这个类在栈上生成一个对象。再往下，它知道了下面要调用A的成员函数f了，参数是3，由于它知道这个函数要一个整形数用参数，这个3正好匹配，那就正好把它放到栈上，生成一条调用f(int)函数的指令（一般可能是一句call），至于这个f(int)函数到底在哪里，它不知道，它留着空，链接时再解决。它还知道f(int)函数要返回一个int，所以也许它也为这一点做好了准备（在例子中，我们没用这个返回值，也许它就不处理）。再往下到文件末尾了main.cpp编译好了，生成了main.obj。整个编译过程中根本就不需要知道a.cpp的内容。同理，编译器再编译a.cpp，把f()函数编译好，编译a.cpp 时，它也不用管别的，把f()编译好就行了。生成了a.obj。最后一步就是链接的阶段了，链接器把项目中所有.cpp生成的所有.obj链接起来，在这一步中，它就明确了f(int)函数的实现所在的地址，把main.obj中空着的这个地址位置填上正确的地址。最终生成了可执行文件main.exe。

明白了吗?不明白那就多说几句了,我们在学编译原理的时候都知道,编译器是分阶段进行的,每一个阶段将源程序从一种表示转换成另一种表示,一般情况下都进行如下顺序:源程序->词法分器->语法分析器->语义分析器->中间代码生成器->代码优化器->代码生成器->目

标程序.

其中这中间6项活动都要涉及的两项主要活动是:符号管理器与错误处理器.归根原因,这里有一个叫做符号表的东东在里面让你着魔一样不明白,其实符号表是一个数据结构.编译器的基本一项功能就是要记录源程序中使用的标识符并收集与每个标识符相关的各种属性信息.属性信息表明了该标识符的存储位置/类型/作用域(在那个阶段有效)等信息,通俗的说一下就是,当编译器看到一个符号声明时,例如你的函数名它就会把它放到这个符号表中去登记一下~符号表里存放着你的函数的入口地址,参数个数,返回信息等等一堆东西~而在联接阶段主要是处理工程中的符号表与调用对应处理关系,即我们通常所说的解引用.

经过前面的,不知明白与否?

最后引用一下XXX兄的结尾三点:

搞清楚语法和概念说易也易，说难也难。窍门有三点：

1.不要晕着头工作，要抽空多思考思考，多看看书；

2.看书要看好书，问人要问强人。烂书和烂人都会给你一个错误的概念，误导你；

3.勤能补拙是良训，一分辛苦一分才；

如果认为.c和.h文件是仅仅名字不一样难免理解得肤浅了点.有op的历史看来,语言的发展是趋向与oop..h文件的出现.有点类的性质在里边..h文件的隐蔽性好.这个道理不难发现.只要大开c自己的.h文件看看,就很明显了.所以,我同意XXX兄认为乾坤一笑的肤浅.

但是,从另外一个方面看: (至于编译器的实现.我还没了解.不过.我相信.象)

//a.cpp

#include "a.h"

int A::f(int t)

{

return t;

}

这样的程序不会出现吧....呵呵.所以现在的人要理解.h和.c简单化.也有点历史和时代的影响.

总结一下:

1.头文件可以预先告诉编译器一些必要的声明,让编译器顺利进行下去,在连接实现以前.未必出现实际的定义.

头文件的意义在于：

a.使得程序简明,清晰.

b.避免了重复编写相同的声明代码.

2.**.c和**.h文件没有必然的联系。