頭文件與之實(shí)現(xiàn)文件的的關(guān)系

關(guān)于兩者以前的關(guān)系,要從N年以前說(shuō)起了~ long long ago,once aupon a time .......
那是一個(gè)被遺忘的年代,在編譯器只認(rèn)識(shí).c(.cpp))文件，而不知道.h是何物的年代。
那時(shí)的人們寫了很多的.c(.cpp)文件，漸漸地，人們發(fā)現(xiàn)在很多.c(.cpp)文件中的聲明語(yǔ)句就是相同的，但他們卻不得不一個(gè)字一個(gè)字地重復(fù)地將這些內(nèi)容敲入每個(gè).c(.cpp)文件。但更為恐怖的是，當(dāng)其中一個(gè)聲明有變更時(shí)，就需要檢查所有的.c(.cpp)文件，并修改其中的聲明,啊~簡(jiǎn)直是世界末日降臨!
終于，有人（或許是一些人）再不能忍受這樣的折磨，他（們）將重復(fù)的部分提取出來(lái)，放在一個(gè)新文件里,然后在需要的.c(.cpp)文件中敲入#includeXXXX這樣的語(yǔ)句。這樣即使某個(gè)聲明發(fā)生了變更，也再不需要到處尋找與修改了---世界還是那么美好！
因?yàn)檫@個(gè)新文件，經(jīng)常被放在.c(.cpp)文件的頭部，所以就給它起名叫做“頭文件”，擴(kuò)展名是.h.
從此，編譯器（其實(shí)是預(yù)處理器）就知道世上除了.c(.cpp)文件，還有個(gè).h的文件，以及一個(gè)叫做#include命令。

雖然后來(lái)又發(fā)生很多的變化，但是這樣的用法一直延續(xù)至今，只是時(shí)日久遠(yuǎn)了，人們便淡忘了當(dāng)年的緣由罷了。
提到了頭文件,就說(shuō)說(shuō)它的作用吧~
想到了林銳GG寫的高質(zhì)量C/C++編程上頭文件的作用的簡(jiǎn)短描述:
（1）通過(guò)頭文件來(lái)調(diào)用庫(kù)功能。在很多場(chǎng)合，源代碼不便（或不準(zhǔn)）向用戶公布，只要向用戶提供頭文件和二進(jìn)制的庫(kù)即可。用戶只需要按照頭文件中的接口聲明來(lái)調(diào)用庫(kù)功能，而不必關(guān)心接口怎么實(shí)現(xiàn)的。編譯器會(huì)從庫(kù)中提取相應(yīng)的代碼。
（2）頭文件能加強(qiáng)類型安全檢查。如果某個(gè)接口被實(shí)現(xiàn)或被使用時(shí)，其方式與頭文件中的聲明不一致，編譯器就會(huì)指出錯(cuò)誤，這一簡(jiǎn)單的規(guī)則能大大減輕程序員調(diào)試、改錯(cuò)的負(fù)擔(dān)。

預(yù)處理是編譯器的前驅(qū),作用是把存儲(chǔ)在不同文件里的程序模塊集成為一個(gè)完整的源程序.
#include本身只是一個(gè)簡(jiǎn)單的文件包含預(yù)處理命令,即為把include的后面文件放到這條命令這里,除此之外,沒(méi)有其它的用處(至少我也樣認(rèn)為).

我對(duì)乾坤一笑兄的觀點(diǎn),十分贊同,基礎(chǔ)的東東一定要弄明白.
我下面就乾坤一笑兄的例子做講,完備他的一些讓人迷惑不解的時(shí)候~

例子:
//a.h
void foo();

//a.c
#include "a.h"//我的問(wèn)題出來(lái)了：這句話是要，還是不要？
void foo()
{
return;
}

//main.c
#include "a.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
foo();
　return 0;
}

針對(duì)上面的代碼，請(qǐng)回答三個(gè)問(wèn)題：
a.c中的#include "a.h"這句話是不是多余的？
1.為什么經(jīng)常見xx.c里面include對(duì)應(yīng)的xx.h？
2.如果a.c中不寫，那么編譯器是不是會(huì)自動(dòng)把.h文件里面的東西跟同名的.c文件綁定在一起？
3.第三個(gè)問(wèn)題我給他改了一下:如果a.c中不寫include<>，那么編譯器是不是會(huì)自動(dòng)把.h文件里面的東西跟同名的.c文件綁定在一起？

下面是乾坤一笑的原話:

從C編譯器角度看，.h和.c皆是浮云，就是改名為.txt、.doc也沒(méi)有大的分別。換句話說(shuō)，就是.h和.c沒(méi)啥必然聯(lián)系。.h中一般放的是同名.c文件中定義的變量、數(shù)組、函數(shù)的聲明，需要讓.c外部使用的聲明。這個(gè)聲明有啥用？只是讓需要用這些聲明的地方方便引用。因?yàn)?include "xx.h"這個(gè)宏其實(shí)際意思就是把當(dāng)前這一行刪掉，把xx.h中的內(nèi)容原封不動(dòng)的插入在當(dāng)前行的位置。由于想寫這些函數(shù)聲明的地方非常多（每一個(gè)調(diào)用xx.c中函數(shù)的地方，都要在使用前聲明一下子），所以用#include "xx.h"這個(gè)宏就簡(jiǎn)化了許多行代碼——讓預(yù)處理器自己替換好了。也就是說(shuō)，xx.h其實(shí)只是讓需要寫xx.c中函數(shù)聲明的地方調(diào)用（可以少寫幾行字），至于include這個(gè).h文件是誰(shuí)，是.h還是.c，還是與這個(gè).h同名的.c，都沒(méi)有任何必然關(guān)系。
這樣你可能會(huì)說(shuō)：?。磕俏移綍r(shí)只想調(diào)用xx.c中的某個(gè)函數(shù)，卻include了xx.h文件，豈不是宏替換后出現(xiàn)了很多無(wú)用的聲明？沒(méi)錯(cuò)，確實(shí)引入了很多垃圾，但是它卻省了你不少筆墨，并且整個(gè)版面也看起來(lái)清爽的多。魚與熊掌不可得兼，就是這個(gè)道理。反正多些聲明（.h一般只用來(lái)放聲明，而放不定義，參見拙著“過(guò)馬路，左右看”）也無(wú)害處，又不會(huì)影響編譯，何樂(lè)而不為呢？
翻回頭再看上面的3個(gè)問(wèn)題，很好解答了吧？
它的解答如下:

答：1.不一定。這個(gè)例子中顯然是多余的。但是如果.c中的函數(shù)也需要調(diào)用同個(gè).c中的其它函數(shù)，那么這個(gè).c往往會(huì)include同名的.h，這樣就不需要為聲明和調(diào)用順序而發(fā)愁了（C語(yǔ)言要求使用之前必須聲明，而include同名.h一般會(huì)放在.c的開頭）。有很多工程甚至把這種寫法約定為代碼規(guī)范，以規(guī)范出清晰的代碼來(lái)。
2.答：1中已經(jīng)回答過(guò)了。
3.答：不會(huì)。問(wèn)這個(gè)問(wèn)題的人絕對(duì)是概念不清，要不就是想混水摸魚。非常討厭的是中國(guó)的很多考試出的都是這種爛題，生怕別人有個(gè)清楚的概念了，絕對(duì)要把考生搞暈。

over!

在此里要明確一點(diǎn),編譯器是按照編譯單元進(jìn)行編譯的,所謂的編譯單元,是指一個(gè).c文件以及它所include的所有.h文件.最直觀的理解就是一個(gè)文件,一個(gè)工程中可以包含很多文件,其中有一個(gè)程序的入口點(diǎn),即我們通常所說(shuō)的main()函數(shù)(當(dāng)然也可以沒(méi)有這個(gè)函數(shù),程序照樣能啟動(dòng),詳細(xì)見我的blog中).在沒(méi)有這個(gè)程序入口點(diǎn)的情況下,編譯單元只生成目標(biāo)文件object file(.o文件,windows下叫做.obj).

這個(gè)例子中總共包含了二個(gè)編譯單元,分別是a.c,main.c,按照我所說(shuō)的,在編譯階段只是生成各自的.o文件.這個(gè)階段不和其它的文件發(fā)生任何的關(guān)系.
而include這個(gè)預(yù)處理指令發(fā)生在預(yù)處理階段(早先編譯階段,只是編譯器的一個(gè)前驅(qū)處理程序).

.h .c不見得是浮云,脫離了編譯器談這些沒(méi)有任何的意義,拋開更深層次的這些,比如說(shuō),OS如何啟動(dòng)這個(gè)文件,PE結(jié)構(gòu)(linux下為elf)等等
編譯器首先要識(shí)別這個(gè)文件才可能去編譯它,這是前提.如果你改了它的擴(kuò)展名那么你的編譯器還能認(rèn)識(shí)它嗎~上升到一個(gè)更高的層次上看待這個(gè)問(wèn)題,XX兄說(shuō)的也不錯(cuò)~我想XX兄說(shuō)的意思就是兩者不可因?yàn)槊窒嗤驼J(rèn)為兩者有什么關(guān)系,名字是可以隨便的~
兩者之間的聯(lián)系,我在前面說(shuō)過(guò)了,是由于歷史的原因造成的,再加上人的習(xí)慣,我想誰(shuí)也不想多去記那么多文件名吧.(拿我舉個(gè)例子,一個(gè)數(shù)
據(jù)表如果多于30個(gè)字段,我就覺得頭大了,現(xiàn)在弄的表有的多達(dá)上百個(gè)字段,真希望那位高人研究出什么好的方法來(lái)~,也讓我們的世界美好一些~)

乾坤一笑的第三個(gè)問(wèn)題很有代表性,多次在網(wǎng)上看到,現(xiàn)在的編譯器絕對(duì)沒(méi)有那么智能,而且也沒(méi)有必須那么做.下面我們主要聊聊編譯器的處理過(guò)程.(我想初學(xué)者有疑問(wèn)的正在于此,即是對(duì)于編譯過(guò)程.h .c(.cpp)的變化不太了解,)

下面我說(shuō)舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)聊聊~
例子如下:
//a.h
classA
{
pubic:
intf(intt);
};

//a.cpp
#include"a.h"
intA::f(intt)
{
returnt;
}

//main.cpp
#include"a.h"
voidmain()
{
Aa;
a.f(3);
}
在預(yù)處理階段,預(yù)處理器看到#include "文件名"就把這個(gè)文件讀進(jìn)來(lái),比如它編譯main.cpp，看到#include"a.h"，它就把a(bǔ).h的內(nèi)容讀進(jìn)來(lái)，它知道了，有一類A，包含一個(gè)成員函數(shù)f，這個(gè)函數(shù)接受一個(gè)int型的參數(shù)，返回一個(gè)int型的值。再往下編譯很容易就把Aa這行讀懂了，它知道是要拿A這個(gè)類在棧上生成一個(gè)對(duì)象。再往下，它知道了下面要調(diào)用A的成員函數(shù)f了，參數(shù)是3，由于它知道這個(gè)函數(shù)要一個(gè)整形數(shù)用參數(shù)，這個(gè)3正好匹配，那就正好把它放到棧上，生成一條調(diào)用f(int)函數(shù)的指令（一般可能是一句call），至于這個(gè)f(int)函數(shù)到底在哪里，它不知道，它留著空，鏈接時(shí)再解決。它還知道f(int)函數(shù)要返回一個(gè)int，所以也許它也為這一點(diǎn)做好了準(zhǔn)備（在例子中，我們沒(méi)用這個(gè)返回值，也許它就不處理）。再往下到文件末尾了main.cpp編譯好了，生成了main.obj。整個(gè)編譯過(guò)程中根本就不需要知道a.cpp的內(nèi)容。
同理，編譯器再編譯a.cpp，把f()函數(shù)編譯好，編譯a.cpp時(shí)，它也不用管別的，把f()編譯好就行了。生成了a.obj。
最后一步就是鏈接的階段了，鏈接器把項(xiàng)目中所有.cpp生成的所有.obj鏈接起來(lái)，
在這一步中，它就明確了f(int)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)所在的地址，把main.obj中空著的這個(gè)地址位置填上正確的地址。最終生成了可執(zhí)行文件main.exe。

明白了嗎?不明白那就多說(shuō)幾句了,我們?cè)趯W(xué)編譯原理的時(shí)候都知道,編譯器是分階段進(jìn)行的,每一個(gè)階段將源程序從一種表示轉(zhuǎn)換成另一種表示,一般情況下都進(jìn)行如下順序:源程序->詞法分器->語(yǔ)法分析器->語(yǔ)義分析器->中間代碼生成器->代碼優(yōu)化器->代碼生成器->目標(biāo)程序.
其中這中間6項(xiàng)活動(dòng)都要涉及的兩項(xiàng)主要活動(dòng)是:符號(hào)管理器與錯(cuò)誤處理器.
歸根原因,這里有一個(gè)叫做符號(hào)表的東東在里面讓你著魔一樣不明白,其實(shí)符號(hào)表是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).編譯器的基本一項(xiàng)功能就是要記錄源程序中使用的標(biāo)識(shí)符并收集與每個(gè)標(biāo)識(shí)符相關(guān)的各種屬性信息.屬性信息表明了該標(biāo)識(shí)符的存儲(chǔ)位置/類型/作用域(在那個(gè)階段有效)等信息,通俗的說(shuō)一下就是,當(dāng)編譯器看到一個(gè)符號(hào)聲明時(shí),例如你的函數(shù)名它就會(huì)把它放到這個(gè)符號(hào)表中去登記一下~符號(hào)表里存放著你的函數(shù)的入口地址,參數(shù)個(gè)數(shù),返回信息等等一堆東西~而在聯(lián)接階段主要是處理工程中的符號(hào)表與調(diào)用對(duì)應(yīng)處理關(guān)系,即我們通常所說(shuō)的解引用.
經(jīng)過(guò)前面的,不知明白與否?