C语言头文件被include后都发生了什 [复制链接]

头文件是C语言的一个重要组成部分，这种类型的文件名一般以.h结尾，h表示header，因此被称为“头文件”。头文件里一般存放公开的函数原型，数据类型等内容，其他模块需要使用这些函数或者数据类型时，只需包含相应头文件即可。

相信读者大都使用过C语言的头文件，不过还是有可能对其理解不透彻，这会导致读者在遇到一些问题时不知道如何解决。本文将较为详细的讨论C语言头文件的特点，并在此基础上，分析几个初学者常会跳进的“陷阱”，以及相应的解决办法。

C语言的#include语法

头文件通常与C语言的#include语法配合使用，意为“将头文件内容包含进来”，例如在t.c文件里写下这段C语言代码：

编译器在编译这段C语言代码之前，会有一个“预处理”的过程，在此过程中，stdio.h里的内容被展开到t.c文件里。事实上，在终端输入gcc-E命令即可查看预处理后的C语言代码：

#gcc-Et.c

可见，编译器在预处理阶段会将stdio.h的内容展开到main()函数之前。事实上，如果创建str.h文件，并在其中写入“helloworld\n”，我们甚至可以写出下面这样的C语言代码：

输入gcc-E查看编译器预处理后的C语言代码，会发现编译器将str.h文件里的内容“helloworld\n”展开到printf()里了，此时printf(#include“str.h”);等价于printf(“helloworld\n”);，所以编译并执行这段C语言代码，得到如下输出：

#gcct.c#./a.outhelloworld

到这里，相信读者已经发现，在C语言程序开发中，#include实际上就是把头文件里的内容复制到对应的位置。

避免C语言代码重复包含头文件

今天在我的交流群里有个小伙伴在编写C语言程序时，遇到了自己无法解决的错误。为了讨论主题，我把他的问题简化：创建test.h文件，并在其中定义一个全局变量：

//test.h文件intglobal_val=0;

然后创建t1.c文件，使用#include包含该头文件，相应的C语言代码如下，请看：

编译这段C语言代码，小伙伴发现编译器报错了：

错误信息提示变量global_val被重复定义，但是小伙伴查看自己的代码，发现只有test.h里一处定义了变量global_val，这让他很迷惑。

小伙伴会感到迷惑，主要是因为对C语言的“头文件”机制理解不够深入，他认为只有test.h文件一处定义变量global_val，不可能会导致“重复定义”错误的。

实际上，按照我们上面的分析，#include包含头文件并没有什么特别的，它只是将头文件里的内容复制到#include处而已。知道了这一点，再看小伙伴的C语言代码，就一切明了了：他不小心（也有可能故意）包含了test.h文件两次，所以test.h文件里的内容会被赋值到main()函数之前两次，就相当于：

intglobal_val=0;intglobal_val=0;intmain()...

这当然会引发“重复定义”的错误。解决错误的办法很简单，避免头文件被重复包含即可，所以删去一个#includetest.h就可以了。不过，我们能够轻易发现头文件被重复包含，是因为这里的代码很简单。如果C语言代码再复杂一点，或者多几层嵌套，就比较难发现头文件被重复包含了。

例如，test1.h包含了test2.h文件，test2.h文件包含了test.h文件。这种情况下，t.c文件同时包含test1.h和test.h文件，一样会引起test.h文件被重复包含的。

在实际的C语言项目开发中，头文件一般都要加上预编译条件语句，比较常用的有#ifdef，#ifndef等。例如，将test.h文件做如下修改：

上述C语言代码中的#ifndef和#define配合，可避免该头文件在同环境中被重复包含。所以即使t.c文件中写了多次#includetest.h文件，编译器也不会再报错：

编译并执行这段C语言代码，可得如下输出：

#gcct2.c#./a.outval=1

初学者感到头疼的问题

有的读者知道使用#ifdef等条件编译语句避免头文件在同环境被重复包含，但还是有可能写出有问题的C语言程序。下面这个问题也是群里小伙伴提出的，为了讨论主题，我对其做了精简：小伙伴在test.h文件和t1.c文件的工程基础上，新建了t2.c文件，其中t2.c文件的内容如下：

显然，t2.c文件也包含了test.h头文件，并使用了其中定义的global_val变量。然后小伙伴在将add_val()函数的原型加入test.h头文件里：

接着，小伙伴在t1.c文件里调用了add_val()函数，相关C语言代码如下，请看：

写好这些C语言代码后，发现编译报错了，依然是重复定义的错误，小伙伴感到非常迷惑。为什么写了预编译语句，还是出现这种错误呢？

答案其实很简单，预编译条件语句仅作用于同一环境。t1.c和t2.c文件属于两个模块，因此#ifndef不能避免test.h文件被t1.c和t2.c同时包含，这就会导致intglobal_val=0;在整个C语言程序中有两处定义，编译器自然会报错。

小结

本文较为详细的介绍了C语言中头文件的性质，并在此基础上，分析了初学者常遇到的两个问题。应明白，在实际的C语言项目开发中，很少有程序员会在头文件里定义全局变量。作为延伸，如果本文中test.h文件里的global_val定义为static变量，那么编译就不会报错了。究竟为什么，以及加上static会带来什么样的变化，留给读者自己思考了。