C语言模块化编程
1.多文件编译、链接的原理
在讲解和关键字的时候,我们已经给出了几个简单的多文件的例子,现在不妨再看一个例子。
main.c :
- #include
- #include
- // 也可以不写 extern;为了程序可读性,建议写上
- extern long sum(int, int);
- // 必须写 extern
- extern char* os;
- int main()
- {
- int n1 = 1, n2 = 100;
- printf("从%d加到%d的和为%ld [by %s]", n1, n2, sum(n1, n2), os);
- getch();
- return 0;
- }
- #include
- // 当前操作
- char *os = "windows 7";
- long sum(int fromnum, int endnum){
- int i;
- long result = 0;
- // 参数不符合规则,返回 -1
- if(fromnum<0 || endnum<0 || endnum
- return -1;
- }
- for(i=fromnum; i<=endnum; i++){
- result += i;
- }
- // 返回大于等于0的值
- return result;
- }
从1加到100的和为5050 [by windows 7]
这个程序,我们按照“编译 --> 链接 --> 运行”的步骤来生成,不要按 f5 或者 f7(对于 visual c++)直接生成 exe。如果已经生成,可以清理掉相关文件。
注意:一个程序有且只能有一个 main() 函数,即使它有多个源文件。main() 函数是程序的入口函数,双击运行程序时就从这里开始执行。
编译和链接的原理
对于c,首先要把源文件编译(compile)成目标文件(object file),也就是windows下的 .obj 文件。然后再把单个或多个 object file 合并成可执行文件,也就是windows下是 .exe 文件,这个动作叫作链接(link)。编译时,编译器需要检查语法是否正确,函数、变量的声明是否正确;只有函数、变量的声明但没有定义是完全正确的。函数声明是告诉编译器该函数已经存在,但是入口地址还未确定,暂时在此做个标记,链接时编译器会找到函数入口地址,并将标记替换掉。
这些都校验通过,编译器就可以编译出中间目标文件。一般来说,编译是针对单个源文件的,多个源文件需要编译多次,每个源文件都会生成一个对应的目标文件。
编译产生的 .obj 文件已经是二进制文件,与 .exe 的组织形式类似,只是有些函数的入口地址还未找到,程序不能执行。链接的作用就是找到函数入口地址,将所有的源文件组织成一个可以执行的二进制文件。
链接时,主要是链接函数和全局变量。链接器并不管函数或变量所在的源文件,只管中间目标文件(object file)。
总结一下:源文件首先会生成中间目标文件,再由中间目标文件生成可执行文件。在编译时,编译器只检测程序语法、函数声明、变量声明是否正确。如果函数未被声明,编译器会给出一个警告,但可以生成object file。而在链接程序时,链接器会在所有的object file中找寻函数的实现,如果找不到,那到就会报链接错误码(linker error),在vc下,这种错误一般是 link 2001 错误,意思说是说,链接器未能找到函数的实现。你需要指定函数的object file。
一步一步生成 exe 文件
知道了编译链接的原理,接下来我们使用vc一步步的生成 .exe 文件。首先切换到 main.c 面板,按下 ctrl+f7 键(编译),打开项目目录下的release 或 debug 文件夹,可以看到多出了一个 main.obj 文件,这就是 main.c 生成的目标文件。
再切换到 module.c 面板,进行同样的操作,会生成 module.obj 文件,至此编译完毕(所有的源文件都编译过了)。
最后,按下 f7 键(链接),就生成了 main.exe,双击运行就可以看到上面的输出结果了。
2.c语言模块化编程中的头文件
上节我们编写了 main.c 和 module.c 两个源文件,并在 module.c 中定义了一个函数和一个全局变量,然后在 main.c 中进行了声明。
不过实际开发中很少这样做,一般是将函数和变量的声明放到头文件,再在当前的源文件中 #include 进来。而且,全局变量最好声明为 static,只在当前文件中可见,不要对外暴露;如果必须对外暴露,可以使用宏定义代替,请看下面的代码。
main.c 源码:
- #include
- #include
- #include "module.h"
- int main()
- {
- int n1 = 1, n2 = 100;
- printf("从%d加到%d的和为%ld [by %s]", n1, n2, sum(n1, n2), os);
- getch();
- return 0;
- }
- #include
- long sum(int fromnum, int endnum){
- int i;
- long result = 0;
- // 参数不符合规则,返回 -1
- if(fromnum<0 || endnum<0 || endnum
- return -1;
- }
- for(i=fromnum; i<=endnum; i++){
- result += i;
- }
- // 返回大于等于0的值
- return result;
- }
- // 用宏定义来代替全局变量
- #define os "windows 7"
- // 也可以省略 extern;不过为了程序可读性,建议写上
- extern long sum(int, int);
从1加到100的和为5050 [by windows 7]
与上节中的例子相比,我们用宏定义代替了全局变量,将函数声明和宏定义都放在了头文件 module.h,这样在 main.c 中只需要将 module.h 包含就来就可以。
.c 文件和 .h 文件都是源文件,除了后缀不一样便于区分外和管理外,其他的几乎相同,在 .c 中编写的代码同样也可以写在 .h 中,例如函数定义、预处理等。
但是 .h 文件和 .c 文件在项目中承担的角色不一样:.c 文件主要负责实现,也就是定义函数;.h 文件主要负责声明,比如函数声明、宏定义等。这些不是c语法规定的内容,而是约定成俗的规范。
下面是关于头文件的事实标准:
- 可以声明函数,但不可以定义函数。可以申明常量,但不可以定义变量。可以“定义”一个宏函数。注意:宏函数很象函数,但却不是函数。其实还是一个声明。结构的定义、自定义数据类型一般也放在头文件中。除了主文件(有 main() 函数的文件),其他的 .c 文件一般只定义函数,并向外暴露(可以使用 extern,也可以不使用)。可以将一个或多个相关的函数定义在一个 .c 文件。
在很多场合,为了商业目的,项目的源代码不便(或不准)向用户公布,必须编译成 .obj 文件(二进制库)。我们只要向用户提供库文件和头文件就可以,用户会按照头文件中的函数的声明来调用库中的函数,而不需要知道函数是怎么实现的,这就很好的保护了我们的版权。3.c语言标准库以及标准头文件
源文件通过编译可以生成 .obj 文件(二进制库文件),并提供一个头文件向外暴露接口,除了保护版权,还可以将散乱的文件打包,便于发布和使用。
实际上我们一般不直接向用户提供 .obj 文件,而是将多个 .obj 文件打包成 .lib 文件(静态库)或 .dll 文件(动态库)。
.obj 打包成 .lib 或 .dll 也要经过链接的过程来找到函数入口、变量声明等,在vc中可以直接创建相应的工程来生成(与创建 win32 console application 类似,后续会讲解)。
.lib 和 .dll 可以看成是一堆 .obj 的集合,虽然有入口函数,但不能直接运行,必须被链接到 .exe 或被 .exe 调用。
c语言在发布时已经将常用的函数、宏、类型定义等打包到了静态库,并提供了相应的头文件。如果你使用的是vc,那么在安装目录下的\vc98\include\ 文件夹中会看到很多头文件,包括我们常用的 stdio.h、stdlib.h 等;在\vc98\lib\ 文件夹中有很多 .lib 文件,这就是我们链接时要用到的静态库。
例如我的 vc6.0 安装在c:\program files\microsoft visual studio\ 目录,那么 vc6.0 附带的所有头文件都在c:\program files\microsoft visual studio\vc98\include\ 目录下,所有 .lib 文件都在 c:\program files\microsoft visual studio\vc98\include\lib\ 目录下。
如果忘记 vc6.0 的安装目录或者头文件不在安装目录下,可以通过以下方式找到:
1) 在工具栏中点击“工具”按钮
2) 在二级菜单中选择“选项”
3) 在弹出的对话框中选择“目录”标签
4) 然后选择名字为“目录”的下拉菜单中的“include files”一项,如下图所示:
ansi c 规范共定义了 15 个头文件,称为“c标准库”,所有的编译器都必须支持,如何正确并熟练的使用这些标准库,可以反映出一个程序员的水平:- 合格程序员:
、 、 、 熟练程序员: 、 、 、 优秀程序员: 、 、 、 、 、 、
各个头文件的具体内容请查看:c语言标准库
除了c标准库,编译器一般也会附带自己的库,以增加功能,方便用户开发,争夺市场份额。这些库中的每一个函数都在对应的头文件中声明,可以通过 #include 预处理命令导入,编译时会被合并到当前文件。
注意:引入编译器自带的头文件(包括标准头文件)用尖括号,引入自定义头文件用双引号,例如:复制纯文本新窗口
- #include
- #include "myfile.h"
4.c语言头文件的特性和规范
头文件通过 #include 命令包含到当前文件,效果与直接复制头文件的内容相同;编译器在预处理阶段实际上也是这样做的。
不管是标准头文件还是我们自己编写的头文件,都应该遵循等幂性:可以多次包含相同的头文件,但效果与只包含一次相同。
等幂性很容易实现,对于大多数的头文件可以使用宏保护。例如,在 stdio.h 中可以有如下的宏定义:- #ifndef _stdio_h
- #define _stdio_h
- /* 声明部分 */
- #endif
c标准库的头文件,也具有相互独立性:任何标准头文件的正常工作都不需要以包含其他标准头文件为前提,也没有任何标准头文件包含了其他标准头文件。
在c程序员中所达成的一个约定是:c源文件的开头部分要包含所有要用到的头文件。在 #include 指令之前只能有一句注释语句。引入的头文件可以按任意顺序排列。
如果我们自己编写的头文件(例如a.h)会用到其他头文件(例如 b.h)中的定义或声明,也可以在 a.h 的开头 #include “b.h”。这样,就不会在 .c 文件中忘记包含 b.h,也不会有顺序问题。这正是利用了头文件的等幂性。5.c语言头文件的路径
引入编译器自带的头文件(包括标准头文件)用尖括号,引入自定义头文件用双引号,例如:
- #include
- #include "myfile.h"
vc 6.0 在安装时会自动添加多个环境变量。例如我的 vc 6.0 安装在 c:\program files\microsoft visual studio 目录下,那么:- 环境变量 include 中会包含c:\program files\microsoft visual studio\vc98\include,用以指向头文件所在的目录(编译时需要头文件);环境变量 lib 中会包含c:\program files\microsoft visual studio\vc98\lib,用以指向静态库所在的目录(链接时需要静态库)。
使用尖括号,编译器会到环境变量 include 指定的目录去查找头文件。
使用双引号,编译器首先会在当前目录查找,找到就包含就来,找不到再到环境变量 include 指定的目录去查找。
注意:这里说的当前目录不是指当前工程的根目录,而是要编译的文件所在的目录。
例如我们通过 vc 6.0 创建了一个工程,命名为 demo,保存在 e:\demo(工程根目录)。现在e:\demo 目录下有 main.c,e:\demo\include 下有 func.h,e:\demo\module 下有 func.c,如下图所示:
如果main.c 需要包含func.h,就要:- #include "include/func.h"
- #include "../include/func.h" /* ../ 表示上级目录 */
注意,包含头文件时你可以使用正斜杠(/),也可以使用反斜杠(/),它们都可以表示目录的层次。
上面说的是相对路径,以当前文件所在的目录为起点开始查找。一般情况下头文件都在工程目录,使用相对路径比较方便。
如果头文件不在工程目录并且离当前文件比较远,你也可以使用绝对路径,例如:- #include "e:\demo\include\func.h"
6.一个比较规范的c语言多文件编程的例子
这一节向大家展示一个比较规范的多文件编程的例子,将前面几节的知识运用起来。
通过 vc 6.0 创建一个工程,保存到 e:\demo 目录,工程文件有:
main.c 源码:- #include
- #include
- #include "include/func.h"
- int main()
- {
- int n1 = 1, n2 = 10;
- printf("从%d加到%d的和为%ld\n", n1, n2, sum(n1, n2));
- printf("从%d乘到%d的积为%ld\n", n1, n2, mult(n1, n2));
- printf("os:%s\n",os);
- printf("power by %s(%s)", getwebname(), getweburl());
- getch();
- return 0;
- }
- // 没有使用到 func.h 中的函数声明或宏定义,也可以不包含进来
- #include "../include/func.h"
- // 从 fromnum 加到 endnum
- long sum(int fromnum, int endnum){
- int i;
- long result = 0;
- // 参数不符合规则,返回 -1
- if(fromnum<0 || endnum<0 || endnum
- return -1;
- }
- for(i=fromnum; i<=endnum; i++){
- result += i;
- }
- // 返回大于等于0的值
- return result;
- }
- // 从 fromnum 乘到 endnum
- long mult(int fromnum, int endnum){
- int i;
- long result = 1;
- // 参数不符合规则,返回 -1
- if(fromnum<0 || endnum<0 || endnum
- return -1;
- }
- for(i=fromnum; i<=endnum; i++){
- result *= i;
- }
- // 返回大于等于0的值
- return result;
- }
- #include
web.c 源码:
- 合格程序员:
- // 使用到了 func.h 中的宏定义,必须包含进来,否则编译错误
- #include "../include/func.h"
- char* getwebname(){
- return web_name;
- }
- char* getweburl(){
- return web_url;
- }
- #ifndef _func_h
- #define _func_h
- // 用宏定义来代替全局变量
- #define os "windows 7"
- #define web_url "http://c.biancheng.net"
- #define web_name "c语言中文网"
- // 也可以省略 extern,不过为了程序可读性,建议都写上
- extern long sum(int, int);
- extern long mult(int, int);
- extern char* getwebname();
- extern char* getweburl();
- #endif
从1加到10的和为55
从1乘到10的积为3628800
os:windows 7
power by c语言中文网(http://c.biancheng.net)
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