最近在工作当中遇到了一点小问题,关于C语言头文件
的应用问题,主要还是关于全局变量的定义和声明问题.
学习C语言已经有好几年了,工作使用也近半年了,但是对于这部分的东西的确还没有深入的思考
过.概念上还是比较模糊的,只是之前的使用大多比较简单,并没有牵涉到太复杂的工程,所以定义和声明还是比较简单而明了了的.但是最近的大工程让我在这方
面吃到了一点点苦头,虽然看了别人的代码能够很快的改正,但是这些改正背后的原因却不知道.我想大多数喜欢C语言的程序员应该是和我一样的,总喜欢去追究
程序问题背后的底层原因,而这也恰恰是我喜欢C语言的最根本的原因.
今天看过janders老兄在csdn上的一篇文章后,理解的确加深了很多,而且还学到一些以前不怎么知道的知识.
现将文章转载过来,并对文章当中的
一些拼写错误做了简单的纠正,同时对文字及布局做了少许修改.(如
果想看原文的,请参考本文底部的链接.)
C语言中的.h文件和我认识由来已久，其使用方法虽不十分复杂，但我却是经过了几个月的“不懂”时期，几年的“一
知半解”时期才逐渐认识清楚他的本来面目。揪其原因，我的
驽钝和好学而不求甚解固然是原因之一，但另外还有其他原因。原因一：对于较小的项目，其作用不易被充分开发，换句话说就是即使不知道他的详细使用方法，项
目照样进行，程序在计算机上照样跑。原因二：现在的各种C语言书籍都是只
对C语言的语法进行详细的不能再详细的说明，但对于整个程序的文件组织构架却只字不提，找了好几本比较著名的C语言著作，却没有
一个把.h文件的用法写的比较透彻的。下面我就斗胆提笔，来按照我对.h的认识思路，向
大家介绍一下。
让我们的思绪乘着时间机器回到大学一年级。C原来老师正在讲
台上讲着我们的第一个C语言程序:
Hello world!
文件名
First.c
main()
{
printf(“Hello world!”);
}
例程-1
看看上面的程序，没有.h文件。是的，就
是没有，世界上的万物都是经历从没有到有的过程的，我们对.h的认识，我想也需要从这个步骤开始。这时确实不需要.h文件，因为这个
程序太简单了，根本就不需要。那么如何才能需要呢？让我们把这个程序变得稍微复杂些，请看下面这个，
文件名 First.c
printStr()
{
printf(“Hello world!”);
}
main()
{
printStr();
}
例程-2
还是没有, 那就让我们把这
个程序再稍微改动一下.
文件名 First.c
main()
{
printStr();
}
printStr()
{
printf(“Hello world!”);
}
例程-3
等等，不就是改变了个顺序嘛, 但结果确是十分不同的. 让我们编译一下
例程-2和例程-3,你会发现例程-3是编译不过的.这时需要我们来
认识一下另一个C语言中的概念:作用域.
我们在
这里只讲述与.h文件相关的顶层作用域, 顶层作用域就是从声明点延伸到源程序文本结束, 就printStr()这
个函数来说，他没有单独的声明,只有定义,那么就从他定义的行开始,到first.c文件
结束, 也就是说,在在例程-2的main()函数的引用点上,已经是他的作用域.
例程-3的main()函数的
引用点上，还不是他的作用域,所以会编译出错. 这种情况怎么办呢?
有两种方法 ,一个就是让我
们回到例程-2, 顺序对我们来说没什么,
谁先谁后不一样呢，只要能编译通过,程序能运行, 就让main()文件
总是放到最后吧. 那就让我们来看另一个例程,让我们看看这个方法是不是在任何时候都会起作用.
文件名 First.c
play2()
{
……………….
play1();
………………..
}
play1(){
……………..
play2();
……………………
}
main()
{
play1();
}
例程-4
也许大部分都会看出来了，这就是经常用到的一种算法, 函数嵌套, 那么让我们看
看, play1和play2这两个函数哪个放到前面呢?
这时就需要我们来使用第二种方法,使用声明.
文件名 First.c
play1();
play2();
play2()
{
……………….
play1();
………………..
}
play1()
{
…………………….
play2();
……………………
}
main()
{
play1();
}
例程-4
经历了我的半天的唠叨, 加上四个例程的
说明,我们终于开始了用量变引起的质变, 这篇文章的主题.h文件快要出现了。
一个大型的软件项目,可能有几千个,上万个play, 而不
只是play1,play2这么简单, 这样就可能有N个类似 play1(); play2(); 这样的声明, 这个时候就需要我们想办法把这样的play1(); play2(); 也另行管理, 而不是把他放在.c文件中, 于是.h文件出现了.
文件名 First.h
play1();
play2();
文件名 First.C
#include
“first.h”
play2()
{
……………….
play1();
………………..
}
play1();
{
……………………..
play2();
……………………
}
main()
{
play1();
}
例程-4
各位有可能会说,这位janders大
虾也太罗嗦了，上面这些我也知道, 你还讲了这么半天,
请原谅, 如果说上面的内容80%的人都知道的
话,那么我保证,下面的内容,80%的人都不完全知道.
而且这也是我讲述一件事的一贯作风,我总是想把一个东
西说明白,让那些刚刚接触C的人也一样明白.
上面是.h文件的最基本的
功能, 那么.h文件还有什么别的功能呢? 让我来描述一下我手头的一个项目吧.
这个项目已经做了有10年以上了，具体
多少年我们部门的人谁都说不太准确,况且时间并不是最主要的，不再详查了。是一个通讯设备的前台软件, 源文件大小共 51.6M, 大
小共1601个文件, 编译后大约10M, 其庞大可想而
知, 在这里充斥着错综复杂的调用关系,如在second.c中还有一个函数需要调用first.c文件中的play1函数, 如何实现呢?
Second.h 文件
play1();
second.c文件
***()
{
…………….
Play();
……………….
}
例程-5
在second.h文
件内声明play1函数，怎么能调用到first.c文件中的哪个play1函数中呢? 是不是搞错了，没有搞错, 这里涉及到c语言的另一个特性:存储类说明符.
C语言的存储类说明符有以下几个, 我来列表说明一下
| 说
明符 |
用
法 |
| Auto |
只在块内变量声明中被允许, 表示变量具有本地生存期. |
| Extern |
出现在顶层或块的外部变量函数与
变量声明中，表示声明的对象具有静态生存期, 连接程序知道其名字. |
| Static |
可
以放在函数与变量声明中,在函数定义时,只用于指定函数名,而不将函数导出到链接程序,在函数声明中,表示其后边会有定义声明的函数,存储类型
static.在数据声明中,总是表示定义的声明不导出到连接程序. |
无疑, 在例程-5中的second.h和first.h中,需要我们用extern标志符来修饰play1函数的声明,这样,play1()函数就可以被导出到连接程序, 也就是实现了无论在first.c文件
中调用,还是在second.c文件中调用,连接程序都会很聪明的按照我们的意愿,把他连接到first.c文
件中的play1函数的定义上去, 而不必我们在second.c文件中也要再写一个一样的play1函数.
但随之有一个小问题, 在例程-5中,我们并没有用extern标志
符来修饰play1啊, 这里涉及到另一个问题, C语言中有默认的存储类标志符. C99中规定, 所有顶层的默认存储类标志符都是extern . 原来如此啊, 哈哈. 回想一下例程-4,
也是好险, 我们在无知的情
况下, 竟然也误打误撞,用到了extern修饰符, 否则在first.h中声明的play1函数如果不被连接程序导出,那么我们在在play2()中调
用他时, 是找不到其实际定义位置的 .
那么我们如何来区分哪个头文件中的声明在其对应的.c文件中有定义,而哪个又没有呢?这也许不是必须的，因为无论在哪个文件中定义，聪明的连接程序都会义无返顾的帮我们找到，并导出到连
接程序, 但我觉得他确实必要的.
因为我们需要知道这个函数的具体内容是什么,有什么功能, 有了新需求后
我也许要修改他，我需要在短时间内能找到这个函数的定义, 那么我来介绍
一下在C语言中一个人为的规范:
在.h文件中声明的函数,如果在其对应的.c文件中有定义,那么我们在声明这个函数时,不使用extern修饰符, 如果反之,则必须显示使用extern修饰符.
这样,在C语言的.h文件中,我们会看到两种
类型的函数声明. 带extern的,还不带extern的, 简单明了,一个是引用外部函数，一个是自己生命并定义的函数.
最终如下:
Second.h 文件
Extern play1();
上面洋洋洒洒写了那么多都是针
对函数的，而实际上.h文件却不是为函数所御用的. 打开我们项目的一个.h文件我
们发现除了函数外,还有其他的东西, 那就是全局变量.
在大型项目中，对全局变量的使
用不可避免, 比如,在first.c中需要使用一个全局变量G_test, 那么我们可以在first.h中,定义 TPYE
G_test. 与对函数的使用类似, 在second.c中我们的
开发人员发现他也需要使用这个全局变量, 而且要与first.c中一样的那个, 如何处理? 对,我们可以仿照函数中的处理方法, 在second.h中再次声明TPYE G_test, 根据extern的用法,以及c语言中默认的存储类型, 在两个头文件中声明的TPYE G_test,其实其存储类型都是extern, 也就是说不必我们操心, 连接程序会帮助我们处理一切. 但我们
又如何区分全局变量哪个是定义声明,哪个是引用声明呢?这个比函数要复杂一些, 一般在C语言中有如下几种模型来区分:
1、初始化语句模型
顶层声明
中，存在初始化语句是，表示这个声明是定义声明，其他声明是引用声明。C语言的所有文
件之中，只能有一个定义声明。
按照这个模型，
我们可以在first.h中定义如下TPYE G_test=1；那么就确定在first中的是定义声明，在其他的所有声明都是引用声明。
2、省略存储类型说明
在这个模型中，所有引用声明要显示的包括存储类extern，而每个外部变量的唯一定义声明中省略存储类说明符。
这个与我们对函
数的处理方法类似，不再举例说明。
这里还有一个需要说明，本来与本文并不十分相关，但前一段有个朋友遇到
此问题，相信很多人都会遇到，那就是数组全
局变量。
他遇到的问题如下：
在声明定义时，定义数组如
下：
int
G_glob[100];
在另一个文件中引用声明如
下：
int * G_glob;
在vc中，是可以编译通过的，这种情况大家都比较模糊并且需要注意，数组与指针类似，但并不等于说对数组的声明起变量就是指针。上面所说的的程序在运行时发现了问题，在引用声明的那个文件中，使用
这个指针时总是提示内存访问错误，原来我们的连接程序并不把指针与数组等同，连接时，也不把他们当做同一个定义，而是认为是不相关的两个定义，当然会出现
错误。正确的使用方法是在引用声明中声明如下：
int
G_glob[100];
并且最好再加上一个extern，更加明了。
extern int
G_glob[100];
另外需要说明的是，在引用声明中由于不需要涉及到内存分配，可以简化如
下，这样在需要对全局变量的长度进行修改时，不用把所有的引用声明也全部修改了。
extern int
G_glob[];
C语言是现今为止在底层核心编程中，使用最广泛的语言，以前是，以后也不
会有太大改变，虽然现在java,.net等语言和工具对c有了一定冲击，但我们看到在计算机最为核心的地方，其他语言是无论如何也代替不了的，而这个领域也正是我们对
计算机痴迷的程序员所向往的。
好了,看完文章,对与C语言头文件的作用应该有了跟多的理解
吧,如果这些你原本都知道了,那么仅当是温习一下而已,如果原本不知道,那么恭喜你,现在又学到一些技巧和知识.
对
于全局变量的定义和声明,其实还有另外一个解决的方法,聪明的你可能早已经猜到了:),没错,就是用宏定义的技巧实现.比如a.h文件当中有:
#ifdef
AAA
int i=0;
#else
int i;
#endif
那么,在a.c文件当中,有如下语句:
......
#define
AAA
#include "a.h"
......
而
对于其他的任何包含a.h文件的头文件或者.c源文件,只需要直接包含a.h就行了
......
#include "a.h"
......
这样就可以达到在a.c文件当中定义变量一次,而在其他的文件当
中声明该变量的目的.
当然了,你完全可以根据自己的
需要来决定在哪个需要包含a.h的文件当中定义宏AAA,但是我要说的是
在同一个工程的不同的需要包含a.h的文件当中,你只能定义AAA一次,
否则在连接这些目标文件时会出现
重复定义的错误,即使你的单独目标文件编译没有任何的问题.
当然,这里说的仅仅是对全局变量的声明技巧,强烈的推介大家在头文件中使用宏定义实现对
整个头文件的防止重复包含,当然了,这个技巧大多数的c语言程序员都懂.
#ifndef XXX
#define XXX
#endif
这样做会让你的程序更加稳健,很大程度上减少了不必要的麻烦...
最
后给出一点点全局变量使用需要注意的问题,这也仅仅是个建议,或者说一种编程习惯 ;)
1)
所有全局变量全部以g_开头,并且尽可能声明成static类型.
2)
尽量杜绝跨文件访问全局变量.如果的确需要在多个文件内访问同一变量,应该由该变量定义所在文件内提供GET/PUT函数实现.
3)
全局变量必须要有一个初始值,全局变量尽量放在一个专门的函数内初始化.
4) 如调用的函数少于三个,请考虑改为局部变量实现.
