C 头文件
头文件是扩展名为 .h 的文件,包含了 C 函数声明和宏定义,被多个源文件中引用共享。有两种类型的头文件:程序员编写的头文件和编译器自带的头文件。
在程序中要使用头文件,需要使用 C 预处理指令 #include 来引用它。前面我们已经看过 stdio.h 头文件,它是编译器自带的头文件。
引用头文件相当于复制头文件的内容,但是我们不会直接在源文件中复制头文件的内容,因为这么做很容易出错,特别在程序是由多个源文件组成的时候。
A simple practice in C 或 C++ 程序中,建议把所有的常量、宏、系统全局变量和函数原型写在头文件中,在需要的时候随时引用这些头文件。
引用头文件的语法
使用预处理指令 #include 可以引用用户和系统头文件。它的形式有以下两种:
#include <file>
这种形式用于引用系统头文件。它在系统目录的标准列表中搜索名为 file 的文件。在编译源代码时,您可以通过 -I 选项把目录前置在该列表前。
#include "file"
这种形式用于引用用户头文件。它在包含当前文件的目录中搜索名为 file 的文件。在编译源代码时,您可以通过 -I 选项把目录前置在该列表前。
引用头文件的操作
#include 指令会指示 C 预处理器浏览指定的文件作为输入。预处理器的输出包含了已经生成的输出,被引用文件生成的输出以及 #include 指令之后的文本输出。例如,如果您有一个头文件 header.h,如下:
char *test (void);
和一个使用了头文件的主程序 program.c,如下:
int x;
#include "header.h"
int main (void)
{
puts (test ());
}
编译器会看到如下的代码信息:
int x;
char *test (void);
int main (void)
{
puts (test ());
}
只引用一次头文件
如果一个头文件被引用两次,编译器会处理两次头文件的内容,这将产生错误。为了防止这种情况,标准的做法是把文件的整个内容放在条件编译语句中,如下:
#ifndef HEADER_FILE
#define HEADER_FILE
the entire header file file
#endif
这种结构就是通常所说的包装器 #ifndef。当再次引用头文件时,条件为假,因为 HEADER_FILE 已定义。此时,预处理器会跳过文件的整个内容,编译器会忽略它。
有条件引用
有时需要从多个不同的头文件中选择一个引用到程序中。例如,需要指定在不同的操作系统上使用的配置参数。您可以通过一系列条件来实现这点,如下:
#if SYSTEM_1
# include "system_1.h"
#elif SYSTEM_2
# include "system_2.h"
#elif SYSTEM_3
...
#endif
但是如果头文件比较多的时候,这么做是很不妥当的,预处理器使用宏来定义头文件的名称。这就是所谓的有条件引用。它不是用头文件的名称作为 #include 的直接参数,您只需要使用宏名称代替即可:
#define SYSTEM_H "system_1.h"
...
#include SYSTEM_H
SYSTEM_H 会扩展,预处理器会查找 system_1.h,就像 #include 最初编写的那样。SYSTEM_H 可通过 -D 选项被您的 Makefile 定义。
标准库头文件
C 标准库头文件(Standard Library Header Files)是由 ANSI C(也称为 C89/C90)和 ISO C(C99 和 C11)标准定义的一组头文件,这些头文件提供了大量的函数、宏和类型定义,用于处理输入输出、字符串操作、数学计算、内存管理等常见的编程任务。
以下是一些常见的 C 标准库头文件及其功能简介:
头文件 | 功能简介 |
---|---|
<stdio.h> | 标准输入输出库,包含 printf 、scanf 等函数 |
<stdlib.h> | 标准库函数,包含内存分配、程序控制等函数 |
<string.h> | 字符串操作函数,如 strlen 、strcpy 等 |
<math.h> | 数学函数库,如 sin 、cos 、sqrt 等 |
<time.h> | 时间和日期函数,如 time 、strftime 等 |
<ctype.h> | 字符处理函数,如 isalpha 、isdigit 等 |
<limits.h> | 定义各种类型的限制值,如 INT_MAX 等 |
<float.h> | 定义浮点类型的限制值,如 FLT_MAX 等 |
<assert.h> | 断言宏 assert ,用于调试检查 |
<errno.h> | 定义错误码变量 errno 及相关宏 |
<stddef.h> | 定义通用类型和宏,如 size_t 、NULL 等 |
<signal.h> | 处理信号的函数和宏,如 signal 等 |
<setjmp.h> | 提供非本地跳转功能的宏和函数 |
<locale.h> | 地域化相关的函数和宏,如 setlocale 等 |
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