c/c++的include机制简述

一 引言

做c/c++编程的对#include指令都不会陌生，绝大多数也都知道如何使用，但我相信仍有人对此是一知半解，

C:
#include 
 
C++:
#include 

表示包含C/C++标准输入头文件。包含指令不仅仅限于.h头文件，可以包含任何编译器能识别的C/C++代码文件，包括.c,.hpp,.cpp,.hxx,.cxx等，甚至.txt,.abc等等都可以

二 名词解释

preprocess
预处理:为方便编译器处理而设置的一种机制，包括一些常用预处理指令和语句，我们统称为预处理系统。
如#include #define #if...#else...#endif #pragma等
这些指令的实现是由编译器来决定的(implementation specified)

提到预处理指令，顺便说一下头文件防止重复包含的2种方法

1 保护宏：

#ifndef _ABCDE_H
#define _ABCDE_H
 
/*
代码部分
*/
 
#endif

在被包含过一次之后，宏_ABCDE_H已经有了，下次再碰到就会略过从#define _ABCDE_H开始到#endif之间的代码
还有一种特定编译器支持的指令：

2 #pragma once

能保证该文件（物理上的）只被编译一次，也能起到防止重复包含的作用
但这2种方式是有区别的：
1）Macro guard可移植性好，绝大多数编译器都支持，而且万一不小心拷贝了几分相同的代码也不会出问题，但你得确保这个宏名不会与其他的宏冲突，否则等编译器报出一大堆错误的时候你可能会觉得莫名其妙；
2）#pragma once指令简单，它能保证该文件（物理上的）只被编译一次，不用去费劲的想不同的宏名，但如果有几份该文件的拷贝，显然起不到作用。

declaration
声明：指将一个名称引入当前编译单元，或者重新声明一个前面已经声明过的名称，声明指定了如何解释一个名称和该名称具有的属性；
例如：

int main(void)
{
    // 声明了变量a，类型为int
    int a;
 
    // 声明了变量pa，类型为指向int型的指针类型
    int *pa;
}

definition
定义:除了以下情况，声明就是定义

1. 声明函数但不包括函数体;
2. 声明包含extern链接限定符，例如:extern int a;
3. 声明既没有初始化语法，也没有函数体;
4. 类声明中声明静态数据成员;
5. 类名字声明;
6. typedef声明;
7. using声明或者using指令;

以上情况适用于C具有的特征，C++则完全适用，一般来说定义要为其对象分配或预留存储空间，而声明则不用。

translation unit
编译单元:一个源文件，.c .cpp等和它所包含的文件一起，在经过预处理之后形成一个源码文件，标准称之为translation unit(编译单元)包括一系列的声明和定义；一个program(程序)由一个或多个编译单元组成。编译器将各个翻译单元编译为目标代码(.obj)，通过连接器(linker)将这些编译后的编译单元（即目标代码）连接成完整的指令序列（可执行文件、静态库、动态库等）。

one definition rule
一次定义规则:是指定义在所有进入连接的编译单元中只能有一次。

3.观点、例子

头文件只放声明：

example_a.h:
 
void function();
 
 
example_a.cpp:
 
#include "example_a.h"
 
void function()
{}

被包含的文件可以使用任意扩展名：

只要是用符合标准的代码编写的文本文件，就可以使用#include来进行包含，包括.cpp .c等常见的源文件扩展名；

example_b_1.b
 
void function();
 
 
example_b_1.cpp:
 
#include "example_b_1.b"
void function()
{}
 
 
example_b_2.b
 
void function1();
void function2();
 
 
example_b_21.cpp:
 
void function1()
{}
 
 
example_b_22.cpp:
 
#include "example_b_1.b"
#include "example_b_21.cpp"
void function2()
{}

上面的例子中，example_b_21.cpp仅被包含在xample_b_22.cpp中，不再被其他的文件包含，而且不加入工程中；

标准头文件的使用

最新的C++标准库中的一切内容都被放在名字空间std中（名字空间中的内容对外是不可见的），但是带来了一个新问题，无数现有的C++代码都依赖于使用了多年的伪标准库中的功能，如声明在等头文件中的功能，使用std包装标准库导致现有代码的不可用，为了兼容这种情况，标准委员会为包装了std的那部分标准库创建了新的头文件，新的头文件的文件名与旧的一样，只是没有.h这个后缀，如就变成了。对于C头文件，采用同样的方法，但还在每个头文件名前加了字符c，如就变成了，变成了。最好使用新的文件头，使用新的文件头的C++程序，需要使用using namespace std或者using namespace std::指定的类名，等方法来使需要的类对于我们的代码可视。