C - 头文件

Posted 2023-02-17

【中文标题】C - 头文件

【英文标题】：C - Header files

【发布时间】：2017-10-13 23:23:57

【问题描述】：

C需要不同的头文件，如stdio.h、stdlib.h、fcntl.h等。对于不同的函数和结构定义，这是为什么呢？在底层，这一切都归结为 libc 那么为什么不创建一个包含所有定义和原型的头文件呢？

【问题讨论】：

在这种情况下，每个编译单元都会太大，编译器会花费很多时间来编译这样的单元。

它不需要它们。他们只是让生活更轻松。

这并不是因为某些事情是可能的，它也会是理智的 :) 仅使用一个标题来维护将是一场噩梦。

在极少数情况下，头文件实际上是矛盾的。这种情况很少见，但一个例子是如果您在 linux 中使用 termios2 结构，请参阅***.com/questions/37710525/…

这里没有人提到真正的原因：因为 C 是在 1970 年代设计的，当时从磁盘读取头文件所花费的时间实际上意味着什么。现在你可以组合所有的头文件，它们仍然会在几毫秒内被读取。那时，拥有不需要的头文件可能会使您的编译时间延长几秒钟。

【参考方案1】：

这些文件由 C 标准库提供，以便更轻松地完成常见任务。至于为什么将声明和定义保存在单独的文件中，这是出于方便和可维护性的原因。同样的原因，例如，Linux 内核没有在单个 C 文件中定义，尽管理论上它可以。

【讨论】：

stdio.h 和 stdlib.h 是 C 标准所要求的，此外还有其他几个头文件。

它们实际上是 C 标准所要求的。

实际上，独立实现中不需要 stdio.h 和 stdlib.h。它们在托管实施中是必需的。 fcntl.h 不是标准的。

查看标准中的一致性章节。正如任何从事嵌入式系统工作的人都知道的那样，在所谓的独立实现中，这些头文件不是一致性所必需的。类型定义标题是唯一需要的。但由于这句话似乎有争议，我已将其删除，因为它甚至与问题无关。

【参考方案2】：

单独的头文件的定义方式主要是由于历史兼容性。 C 语言在标准化之前已经在各种平台上使用。

单独的头文件背后的基本原理可能是模仿 C 语言中的模块化的一种方式。单独的头文件定义了模块提供的功能。这与其他语言提供功能的方式没有太大区别。

C 也有极简主义的哲学，因此要求每个翻译单元编译所有可用函数的原型声明，无论它们是否会被使用似乎有些过分。

【讨论】：

正确答案 - 主要反映很久以前的设计目标和编译器性能/能力。

【参考方案3】：

C 不需要这些东西。

如果您愿意，可以手动将任何头文件的内容复制到每个源文件中，而无需头文件。但是，这很容易出错 - 如果其中一个源文件发生更改，通常需要更新所有源文件，这样很容易出现拼写错误。（如果将标准头文件的内容复制到所有编译中单位，如果使用不同的编译器/库构建您的代码也可能会失败，因为头文件的内容因实现而异）。

包含头文件只是一种技术，它允许将头文件的内容（有效地）复制并粘贴到包含它的每个源文件中 - 所有源文件都获得相同的内容（除非某些其他预处理器宏导致问题有条件地发生）。对于有助于可移植性的标准头文件（尤其是那些提供只能在不同系统上以不同方式实现的功能的头文件）。