何为头文件?
在C语言中,文件包含是一种常见的编程技术,它允许程序员在一个源文件中使用另一个源文件中的函数或变量。
文件包含通常使用`#include`预处理指令来实现。`#include`指令告诉预处理器将文件的内容插入到当前文件的指定位置中。
例如,在一个C源文件中,如果想要使用另一个源文件中的函数,可以使用以下语句:
#include "otherfile.c"
这个语句会告诉编译器将`otherfile.c`中的代码插入到当前文件的位置,然后再进行编译。当编译器遇到调用`otherfile.c`中的函数时,它能够找到函数的定义,并将它们编译到可执行文件中。
需要注意的是,文件包含应该遵循一些最佳实践:
- 为了避免重复包含,应该使用头文件而不是源文件进行文件包含。例如,使用`#include "otherfile.h"`而不是`#include "otherfile.c"`。
#include "otherfile.h" //使用 #include "otherfile.c" //不使用
- 应该避免在头文件中放置函数或变量的定义。头文件应该只包含函数和变量的声明。
- 应该避免在头文件中使用全局变量。全局变量会在包含文件的每个源文件中创建一个独立的实例,这样可能会导致命名冲突和意外行为。
为何所有头文件,都推荐写入下面代码?本质是为什么?
#ifndef XXX
#define XXX//TODO#endif
这是为了避免头文件重复包含多次,导致编译错误或者不必要的浪费。当一个头文件被多次包含时,如果没有预处理器指令的保护,就会重复定义同一个符号,从而出现编译错误。
为了避免这种问题,使用了 `#ifndef`、`#define`、`#endif` 三个预处理器指令,将头文件的内容包含在一个条件编译的块中。第一次包含头文件时,`XXX`未被定义,`#ifndef` 判断为真,进入条件编译块,`#define XXX` 定义符号 `XXX`,然后包含头文件的内容。
当再次包含同一头文件时,`XXX`已被定义,`#ifndef` 判断为假,直接跳过条件编译块,从而避免了重复定义的问题。
#include究竟干了什么?
#include本质是把头文件中相关内容,直接拷贝至源文件中!
那么,在多文件包含中,有没有可能存在头文件被重复包含,乃至被重复拷贝的问题呢?
test.h
#ifndef _TEST_H_
#define _TEST_H_ //注意,这里没有包含<stdio.h>防止信息太多干扰我们
extern void show(); //任意一个函数声明
#endif
test.c
#include "test.h" //故意包含两次
#include "test.h"
int main()
{return 0;
}
经过预编译后的结果
# 1 "test.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<command-line>" 2
# 1 "test.c"
# 1 "test.h" 1 //test.h只被包含了1次extern void show();
# 2 "test.c" 2
int main()
{return 0;
}
但是当我们去掉条件编译呢?
# 1 "test.c"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<command-line>" 2
# 1 "test.c"
# 1 "test.h" 1extern void show(); //内容被拷贝第一次
# 2 "test.c" 2
# 1 "test.h" 1extern void show(); //内容被拷贝第二次
# 3 "test.c" 2
int main()
{return 0;
}
结论:
所有头文件都必须带上条件编译,防止被重复包含! 那么,重复包含一定报错吗?不会! 重复包含,会引起多次拷贝,主要会影响编译效率!同时,也可能引起一些未定义错误,但是特别少。
#error 预处理
`#error`指令是C语言预处理器中的一个预编译指令,用于在预处理阶段产生编译错误。
#include <stdio.h>
#define __welcome
int main()
{
#ifdef __welcome
#error 老铁,非常感谢观看此篇文章哟!!!
#endifreturn 0;
}
程序使用了条件编译指令`#ifdef`和`#endif`来判断`__welcome`宏是否已经定义。如果已经定义,则使用`#error`指令生成一个编译错误,输出一条提示信息。
#include <stdio.h>
//#define __welcome
int main()
{
#ifndef __welcome
#error 老铁,非常感谢观看此篇文章哟!!!
#endifreturn 0;
}
程序定义了一个名为`__welcome`的宏,并使用了条件编译指令`#ifndef`和`#endif`来判断`__welcome`宏是否已经定义。如果未定义,则使用`#error`指令生成一个编译错误,输出一条提示信息。
结论:核心作用是可以进行自定义编译报错。
#line 预处理
`#line`指令是C语言预处理器中的一个预编译指令,用于更改源代码中的行号和文件名,从而影响编译器错误和警告信息中的行号和文件名。
//本质其实是可以定制化你的文件名称和代码行号,很少使用
#include <stdio.h>
int main()
{printf("%s, %d\n", __FILE__, __LINE__); //C预定义符号,代表当前文件名和代码行号
#line 60 "welcome.h" //定制化完成printf("%s, %d\n", __FILE__, __LINE__);return 0;
}
程序使用了`#line`指令将当前行号设置为60,并将当前文件名设置为`"welcome.h"`,从而定制化了文件名称和代码行号。在后续的`printf`函数中,预处理器会将`__FILE__`和`__LINE__`再次替换成定制化后的文件名和行号,从而输出新的信息。
#pragma 预处理
`#pragma`指令是一种不可依赖的、非标准的预处理指令,它通常被编译器用来提供一些与平台、编译器或者其他特殊需求相关的功能。
一些常见的`#pragma`指令包括:
- `#pragma once`:告诉编译器只包含一次某个头文件,避免重复定义。
- `#pragma GCC optimize`:指示GCC编译器优化代码。
- `#pragma warning`:指示编译器输出警告信息。
- `#pragma pack`:指示编译器对结构体进行字节对齐。
- `#pragma message()`:可以用来进行对代码中特定的符号(比如其他宏定义)进行是否存在进行编译时消息提醒。
#include <stdio.h>
#define READ
int main()
{
#ifdef READ
#pragma message("谢谢宝子阅读文章!!!")
#endifreturn 0;
}
# 运算符
`#`运算符是C/C++语言中的一个预处理运算符,用于将宏定义参数转换成字符串常量。
#include<stdio.h>
int main()
{printf("hello world\n");printf("hello""world""\n");const char* msg = "hello""world""\n";//printf("%s\n",msg);printf(msg);return 0;
}
结论:相邻字符串自动连接特性
#include<stdio.h>
#define STR(s) #s
int main()
{printf("PI = "STR(3.1415926)"\n");return 0;
}
## 预算符
`##`预算符是C/C++语言中的一个预处理运算符,用于将两个符号拼接成一个新的符号。
#include<stdio.h>
#define XNAME(n) student##n
int main()
{XNAME(1);XNAME(2);XNAME(3);XNAME(4);XNAME(5);XNAME(6);return 0;
}
##的实质:将##相连的两个符号,连接成为一个符号。
小练习实例:计算一个的科学计数法值
#include<stdio.h>#define CONT(x,n) (x##e##n)
int main()
{//计算浮点数科学计数法,相当于1.1 * (10^2)printf("%f\n", 1.1e2);printf("%f\n", CONT(1.1, 2)); return 0;
}
这段代码定义了一个宏`CONT`,用于将两个参数拼接成一个科学计数法格式的浮点数。在`main`函数中,首先使用`1.1e2`的科学计数法直接输出了`110.000000`,然后使用`CONT(1.1, 2)`宏对参数进行拼接,得到了相同的结果。由于`1.1`和`2`经过了拼接,因此最终展开的结果相当于`1.1e2`,即`110.000000`。这说明了`##`预算符可以用于将数字、字符串、变量名等不同类型的记号拼接在一起,从而得到想要的结果。
#include <stdio.h>#define CONCAT(x, y) x##yint main() {int xy = 10;printf("%d\n", CONCAT(x, y));//10return 0;
}
使用`##`运算符和`CONCAT`宏定义输出变量`xy`的值。首先,在`main`函数中定义了一个名为`xy`的整型变量,并赋值为`10`。然后,通过`CONCAT(x, y)`宏调用,将参数`x`和`y`拼接在一起,得到了记号`xy`。最后,使用`printf`函数输出了`xy`变量的值,结果为`10`。由此可见,`##`运算符可以将字符串、变量名等记号拼接在一起,从而实现更加灵活的程序设计。