包含头文件时到底发生了什么？

Question

我有两个疑问：

头文件实际包含什么？ 所有的函数定义还是只有原型声明？
当我包含头文件时会发生什么？ 是否将头文件的所有内容附加到我的代码中？ 或者是否将头文件的特定（或全部）内容加载到内存中并根据我的代码调用函数？

Answer 1

C和C ++是语言，广泛使用称为函数转发的功能 。 这意味着，您可以说，例如：

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

这意味着：“我保证，有些人会在源代码中稍后定义，函数f实际上做了什么”。 在这样的转发之后 ，您可以使用此函数，因为它确实存在，并且编译器将要求某人稍后实际定义此函数（如果没有定义，则编译将失败）。 此转发也称为标头，因为它实际上是函数定义的标头：

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

头文件是一个文件，主要包含此类转发。 您可以使用头文件来访问其他位置定义的函数（例如，在不同的编译单元或外部库中），然后附加所需的目标文件或库以提供这些头文件的实现。 除了函数转发之外，在头文件中还可以找到正确使用已定义函数所需的结构定义，常量或其他项。

编译器如何将您的转发与.c文件中的实际实现相匹配？ 简单地说 - 通过标题 。 它试图找到一个函数定义（实现），它与您之前声明的头完全匹配。

如果#include头文件是编译器（具体地说，预处理器）将头文件的全部内容复制到位，您放置#include 。 这都是魔术，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只包含可执行代码。 编译器要么加载库中可用的所有函数（可以通过头文件访问），要么（如果打开优化，则很可能）只选择您在代码中实际使用的这些函数。

有趣的是，只有当某人实际使用该功能时，编译器才需要函数定义（实现）。 否则，前转将被忽略。 尝试：

void f(int i);

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

    return 0;
}

Answer 2

头文件实际包含什么？ 所有的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。最佳做法是保持函数定义在.c文件中。

当我包含头文件时会发生什么？ 是否将头文件的所有内容附加到我的代码中？ 或者是否将头文件的特定（或全部）内容加载到内存中并根据我的代码调用函数？

头文件只不过是在你使用#include的地方插入它们的内容。 如果您愿意，您可以自己编写所有内容。

包含头文件等于复制头文件的内容，但我们不这样做，因为它会非常容易出错，并且在源文件中复制头文件的内容不是一个好主意，特别是我们有多个源文件，包含我们的程序。

编辑：

有关完整执行程序的内存布局，请访问此链接http://fgiasson.com/articles/memorylayout.txt

Answer 3

头文件应该包含函数（可能是变量）的有用声明和类型（ struct ， union ， enum或typedef ）和宏（类似函数或类似对象的宏）的定义。 这些通常声明某些库的某些部分提供的设施。 例如，标准头文件（例如<stdio.h> ）描述了标准库的部分内容。 现代标题可能包含inline函数定义，但除此之外，标题既不应定义函数也不应定义变量 - 它应该只声明它们。
另请注意，公共标头通常只应声明对源代码的使用者有用的类型和函数。 它应该只包括其他标题，这些标题提供了使用标题中的工具所必需的声明; 它不应该（通常）包含只有标头描述的工具实现所需的无关头。
头文件的内容（以及它包含的任何头文件）被复制到翻译单元（TU）中。 注意#define宏和条件处理（ #if等）。 您通常可以找到一种方法来查看给定源文件上的预处理器的输出，以查看C编译器实际看到的内容（但要小心;它可能非常详细）。 例如，选项通常为-E （POSIX为c99命令所需）或-P （较旧的常用选项）。

TU是编译器正确看到的。 它包含文件中的源代码以及您包含的标头中的相关信息。

Answer 4

只是旁注，可能很明显......

ad 2 /如果#include文件，included文件中的#include指令将被包含的文件重新定义。 这就是发生的事情。 这就是预处理器的作用。 通过定义
ad 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，但这些只是约定。 他们非常善于坚持，如果你不这样做，你可能会因为一个更大的项目而迷失方向。

实际上，如果你为一个非常简单的微控制器写c，你可以完全没有头文件及其包含。

如果您是学生/爱好者/有时间，可能有用的是，分别运行预处理器看看它的中间输出。 有趣的事实：很久以前我曾经使用c预处理器生成coustomized字母。

无论如何，我的观点是： c预处理器的作用是由标准定义的，同时在文件之间交换代码，这是您/您的团队可以在一定程度上选择的约定。 这种区别很重要。