深入了解include預編譯原理

你了解 #include 某個 .h 檔案後，編譯器做了哪些操作麼？ 你清楚為什麼在 .h檔案中定義函數實作的話需要在函數前面加上 static 修飾麼？你知道 #ifndef……#define……#endif 這種防止頭檔案重複包含的精髓所在麼？本文就是來探讨這些問題，并給出我的了解和思考，歡迎大家留言交流。

1.  #include 指令的作用

1.1  什麼情況不使用 include

其實，這樣的工程，可以不用使用 include 預編譯指令。

1.2  什麼情況使用 include

如果工程裡面的函數特别多，那麼按照上面的做法，則必須在每一個 .c 檔案的開頭列出所有本檔案調用過的函數的聲明，這樣很不高效，而且一旦某個函數的形式發生變化，又得一個一個改 .c 開頭的函數聲明。 

是以，#include 預編譯指令誕生。

1.3  #include 起到什麼效果

上述代碼在編譯器進行預編譯的時候，遇到 #include "a.h" ，則會把整個 a.h 檔案都copy到 b.c 的開頭，是以，在實際編譯 b.c 之前，b.c 已經被修改為了如下形式：

由此可見，得到的效果和手動加 test_a() 函數聲明時的效果相同。

#tips# 在Linux下，可以使用 gcc -E b.c 來檢視預編譯 b.c 後的效果。

2. static 關鍵詞的使用

2.1  什麼叫函數重複定義

我們經常會遇到報錯，說變量或者函數重複定義。那麼，在此，首先我舉例說明一下什麼叫函數的重複定義。

那麼，在編譯的時候是不會報錯的，但是，在連結的時候，會出現報錯：

multiple definition of `test'，因為在同一個工程裡面出現了兩個test函數的定義。

2.2  在.h裡面寫函數實作

如果在 .h 裡面寫了函數實作，會出現什麼情況？

預編譯後，會發現，b.c 被修改為如下形式：

當然，這樣目前是沒有什麼問題的，可以正常編譯連結成功。但是，如果有一個 c.c 也包含的 a.h 的話，怎麼辦？

同上，c.c 在預編譯後，也形成了如下代碼：

那麼，在連結器進行連結（link）的時候，會報錯：

multiple definition of `test_a'

是以，在 .h 裡面寫函數實作的弊端就暴露出來了。但是，經常會有這樣的需求，将一個函數設定為 内聯（inline） 函數，并且放在 .h 檔案裡面，那麼，怎樣才能防止出現上述 重複定義的報錯呢？

2.3  static 關鍵詞

應對上面的情況，static關鍵詞很好地解決了這個問題。

用static修飾函數，則表明該函數隻能在本檔案中使用，是以，當不同的檔案中有相同的函數名被static修飾時，不會産生重複定義的報錯。例如：

編譯工程時不會報錯，但是test()函數隻能被 a.c 和 b.c 中的函數調用，不能被 c.c 等其他檔案中的函數調用。

那麼，用static修飾 .h 檔案中定義的函數，會有什麼效果呢？

這樣的話，在預編譯後，b.c 和 c.c 檔案中，由于 #include "a.h" ，故在這兩個檔案開頭都會定義 static void test() 函數，是以，test_b() 和 test_c() 均調用的是自己檔案中的 static void test() 函數 ， 是以不會産生重複定義的報錯。

是以，結論，在 .h 檔案中定義函數的話，建議一定要加上 static 關鍵詞修飾，這樣，在被多個檔案包含時，才不會産生重複定義的錯誤。

3.  防止頭檔案重複包含

經常寫程式的人都知道，我們在寫 .h 檔案的時候，一般都會加上

這樣做的目的是為了防止頭檔案的重複包含，具體是什麼意思呢？

它不是為了防止多個檔案包含某一個頭檔案，而是為了防止一個頭檔案被同一個檔案包含多次。具體說明如下：

這樣是沒有問題的，但下面這種情況就會有問題。

這樣就不小心産生問題了，因為 b.h 和 c.h 都包含了 a.h，那麼，在預編譯main.c 檔案的時候，會展開為如下形式：

在同一個 .c 裡面，出現了兩次 test_a() 的定義，是以，會出現重複定義的報錯。

但是，如果在 a.h 裡面加上了 #ifndef……#define……#endif 的話，就不會出現這個問題了。

例如，上面的 a.h 改為：

預編譯展開main.c則會出現：

在編譯main.c時，當遇到第二個 #ifndef  A_H ，由于前面已經定義過 A_H，故此段代碼被跳過不編譯，是以，不會産生重複定義的報錯。這就是 #ifndef……#define……#endif 的精髓所在。