【零基礎學習iOS開發】【02-C語言】11-函數的聲明和定義

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在上一講中，簡單介紹了函數的定義和使用，只要你想完成一個新功能，首先想到的應該是定義一個新的函數來完成這個功能。這講繼續介紹函數的其他用法和注意事項。

一、函數的聲明1.在C語言中，函數的定義順序是有講究的：預設情況下，只有後面定義的函數才可以調用前面定義過的函數

1 int sum(int a, int b) {2     return a + b;3 }4 5 int main()6 {7     int c = sum(1, 4);8     return 0;9 }

第5行定義的main函數調用了第1行的sum函數，這是合法的。如果調換sum函數和main函數的順序，在標準的C編譯器環境下是不合法的（不過在GCC編譯器環境下只是一個警告）

 

2.如果想把函數的定義寫在main函數後面，而且main函數能正常調用這些函數，那就必須在main函數的前面進行函數的聲明

 1 // 只是做個函式宣告，並不用實現 2 int sum(int a, int b); 3  4 int main() 5 { 6     int c = sum(1, 4); 7     return 0; 8 } 9 10 // 函數的定義(實現)11 int sum(int a, int b) {12     return a + b;13 }

在第11行定義了sum函數，在第2行對sum函數進行了聲明，然後在第6行(main函數中)就可以正常調用sum函數了。

 

3.函數的聲明格式

1> 格式

傳回值類型  函數名 (參數1, 參數2, ...)

只要你在main函數前面聲明過一個函數，main函數就知道這個函數的存在，就可以調用這個函數。而且只要知道函數名、函數的傳回值、函數接收多少個參數、每個參數是什麼類型的，就能夠調用這個函數了，因此，聲明函數的時候可以省略參數名稱。比如上面的sum函式宣告可以寫成這樣：

int sum(int, int);

究竟這個函數是做什麼用的，還要看函數的定義。

 

2> 如果只有函數的聲明，而沒有函數的定義，那麼程式將會在連結時出錯

下面的寫法是錯誤的：

1 int sum(int a, int b);2 3 int main()4 {5     6     sum(10, 11);7 8     return 0;9 }

• 在第1行聲明了一個sum函數，但是並沒有對sum函數進行定義，接著在第6行調用sum函數
• 這個程式是可以編譯成功的，因為我們在main函數前面聲明了sum函數(函數的聲明和定義是兩碼事)，這個函式宣告可以理解為：在文法上，騙一下main函數，告訴它sum函數是存在的，所以從文法的角度上main函數是可以調用sum函數的。究竟這個sum函數存不存在呢，有沒有被定義呢？編譯器是不管的。在編譯階段，編譯器並不檢測函數有沒有定義，只有在連結的時候才會檢測這個函數存不存在，也就是檢測函數有沒有被定義。
• 因此，這個程式會在連結的時候報錯，錯誤資訊如下：

• 我這裡的源檔案是main.c檔案，所以編譯成功後產生一個main.o檔案。連結的時候，連結器會檢測main.o中的函數有沒有被定義。
• 上面的錯誤資訊大致意思是：在main.o檔案中找不到sum這個標識符。
• 錯誤資訊中的linker是連結器的意思，下次看到這個linker，說明是連結階段出錯了。連結出錯了，就不能產生可執行檔，程式就不能運行。
• 這個錯誤的解決方案就是加上sum函數的定義。

 

二、多源檔案開發1.為什麼要有多個源檔案

1> 在編寫第一個C程式的時候已經提到：我們編寫的所有C語言代碼都儲存在拓展名為.c的源檔案中，編寫完畢後就進行編譯、連結，最後運行程式。

2> 在前面的學習過程中，由於代碼比較少，因此所有的代碼都儲存在一個.c源檔案中。但是，在實際開發過程中，項目做大了，原始碼肯定非常多，很容易就上萬行代碼了，甚至上十萬、百萬都有可能。這個時候如果把所有的代碼都寫到一個.c源檔案中，那麼這個檔案將會非常龐大，也非常噁心，你可以想象一下，一個檔案有十幾萬行文字，不要說偵錯工具了，連閱讀代碼都非常困難。

3> 而且，公司裡面都是以團隊開發為主，如果多個開發人員同時修改一個源檔案，那就會帶來很多麻煩的問題，比如張三修改的代碼很有可能會抹掉李四之前添加的代碼。

4> 因此，為了模組化開發，一般會將不同的功能寫到不同的.c源檔案中，這樣的話，每個開發人員都負責修改不同的源檔案，達到分工合作的目的，能夠大大提高開發效率。也就是說，一個正常的C語言項目是由多個.c源檔案構成。

 

2.將sum函數寫到其他源檔案中

接下來就示範一下多個源檔案的開發，我將前面定義的sum函數寫在另一個源檔案（命名為sum.c）中。這時候就有兩個源檔案：

1> main.c檔案

1 int main()2 {3 4     return 0;5 }

2> sum.c檔案

1 int sum(int a, int b)2 {3     return a + b;4 }

 

3.在main函數中調用sum函數

1> 現在想在main函數中調用sum函數，那麼你可能會直接這樣寫：

1 int main()2 {3     int c = sum(10, 11);4 5     return 0;6 }

這種寫法在標準C語言編譯器中是直接報錯的，因為main函數都不知道sum函數的存在，怎麼可以調用它呢！！！

2> 我們應該騙一下main函數，sum函數是存在的，告訴它sum函數的傳回值和參數類型即可。也就是說，應該在main函數前面，對sum函數進行聲明。

main.c檔案應該寫成下面這樣

 1 #include <stdio.h> 2  3 int sum(int, int); 4  5 int main() 6 { 7     int c = sum(10, 11); 8      9     printf("c is %d\n", c);10     11     return 0;12 }

注意第3行，加了一個sum函數的聲明。為了檢驗sum函數的調用結果，在第9行用prinf函數將結果輸出。

 

4.編譯所有的源檔案

sum.c和main.c都編寫完畢後，就可以使用gcc指令進行編譯了。同時編譯兩個檔案的指令是：cc -c main.c sum.c

編譯成功後，產生了2個.o目標檔案

也可以單獨編譯：

cc -c main.c

cc -c sum.c

 

5.連結所有的目標檔案

前面已經編譯成功，產生了main.o和sum.o檔案。現在應該把這2個.o檔案進行連結，產生可執行檔。

1> 注意，一定要同時連結兩個檔案。如果你只是單獨連結main.o或者sum.o都是不可能連結成功的。原因如下：

• 如果只是連結main.o檔案：cc main.o，錯誤資訊是：在main.o中找到不到sum這個標識符，其實就是找不到sum函數的定義。因為sum函數的定義在sum.o檔案中，main.o中只有sum函數的聲明

• 如果只是連結sum.o檔案：cc sum.o，錯誤資訊是：找不到main函數。一個C程式的進入點就是main函數，main函數定義在main.o中，sum.o中並沒有定義main函數，連入口都沒有，怎麼能連結成功、產生可執行檔呢？

可以看出，main.o和sum.o有密不可分的關係，其實連結的目的就是將所有相關聯的目標檔案和C語言函數庫組合在一起，產生可執行檔。

2> 連結main.o和sum.o檔案：cc main.o sum.o，產生了可執行檔a.out

3> 運行a.out檔案：./a.out，運行結果是在螢幕上輸出了：

c is 21

說明函數調用成功，我們已經成功在main.c檔案的main函數中調用了sum.c檔案中的sum函數

4> 從中也可以得出一個結論：只要知道某個函數的聲明，就可以調用這個函數，編譯就能成功。不過想要這個程式能夠運行成功，必須保證在連結的時候能找到函數的定義。

 

三、#include

理解完前面的知識後，接下來就可以搞懂一個很久以前的問題：每次寫在最前面的#include是幹啥用的？

1.#include的作用

先來看一個最簡單的C程式：

1 #include <stdio.h>2 3 int main()4 {5     printf("Hello, World!\n");6     return 0;7 }

這個程式的作用是在螢幕上輸出Hello,World!這一串內容，我們主要關注第一行代碼。

• #include 是C語言的預先處理指令之一，所謂預先處理，就是在編譯之前做的處理，預先處理指令一般以 # 開頭
• #include 指令後面會跟著一個檔案名稱，前置處理器發現 #include 指令後，就會根據檔案名稱去尋找檔案，並把這個檔案的內容包含到當前檔案中。被包含檔案中的文本將替換源檔案中的 #include 指令，就像你把被包含檔案中的全部內容拷貝到這個 #include 指令所在的位置一樣。所以第一行指令的作用是將stdio.h檔案裡面的所有內容拷貝到第一行中。
• 如果被包含的檔案拓展名為.h，我們稱之為"標頭檔"(Header File)，標頭檔可以用來聲明函數，要想使用這些函數，就必須先用 #include 指令包含函數所在的標頭檔
• #include 指令不僅僅限於.h標頭檔，可以包含任何編譯器能識別的C/C++代碼檔案，包括.c、.hpp、.cpp等，甚至.txt、.abc等等都可以

也就是說你完全可以將第3行~第7行的代碼放到其他檔案中，然後用 #include 指令包含進來,比如：

1> 將第3行~第7行的代碼放到my.txt中

2> 在main.c源檔案中包含my.txt檔案

• 編譯連結後，程式還是可以照常啟動並執行，因為 #include 的功能就是將檔案內容完全拷貝到 #include 指令所在的位置
• 說明：這裡用txt檔案純屬示範，平時做項目不會這樣做，除非吃飽了撐著，才會把代碼都寫到txt中去

 

2.#include可以使用絕對路徑

上面的#include "my.txt"使用的是相對路徑，其實也可以使用絕對路徑。比如#include "/Users/apple/Desktop/my.txt"

 

3.#include <>和#include ""的區別

二者的區別在於：當被include的檔案路徑不是絕對路徑的時候，有不同的搜尋順序。

1> 對於使用雙引號""來include檔案，搜尋的時候按以下順序：

• 先在這條include指令的父檔案所在檔案夾內搜尋，所謂的父檔案，就是這條include指令所在的檔案
• 如果上一步找不到，則在父檔案的父檔案所在檔案夾內搜尋；
• 如果上一步找不到，則在編譯器設定的include路徑內搜尋；
• 如果上一步找不到，則在系統的INCLUDE環境變數內搜尋

2> 對於使用角括弧<>來include檔案，搜尋的時候按以下順序：

• 在編譯器設定的include路徑內搜尋；
• 如果上一步找不到，則在系統的INCLUDE環境變數內搜尋

我這裡使用的是clang編譯器，clang設定include路徑是（4.2是編譯器版本）：/usr/lib/clang/4.2/include

Mac系統的include路徑有：

• /usr/include
• /usr/local/include

 

4.stdio.h

我們已經知道#include指令的作用了，可是為什麼要在第一行程式碼封裝含stdio.h呢？

• stdio.h是C語言函數庫中的一個標頭檔，裡面聲明了一些常用的輸入輸出函數，比如往螢幕上輸出內容的printf函數
• 這裡之所以包含 stdio.h 檔案，是因為在第5行中用到了在 stdio.h 內部聲明的printf函數，這個函數可以向螢幕輸出資料，第7行代碼輸出的內容是：Hello, World!
• 注意：stdio.h裡面只有printf函數的聲明。前面已經提到：只要知道函數的聲明，就可以調用這個函數，就能編譯成功。不過想要這個程式能夠運行成功，必須保證在連結的時候能找到函數的定義。其實連結除了會將所有的目標檔案組合在一起，還會關聯C語言的函數庫，函數庫中就有printf函數的定義。因此前面的程式是可以連結成功的。

 

5.標頭檔.h和源檔案.c的分工

跟printf函數一樣，我們在開發中會經常將函數的聲明和定義寫在不同的檔案中，函式宣告放在.h標頭檔中，函數定義放在.c源檔案中。

下面我們將sum函數的聲明和定義分別放在sum.h和sum.c中

這是sum.h檔案

這是sum.c檔案

然後在main.c中包含sum.h即可使用sum函數

其實sum.h和sum.c的檔案名稱不一樣要相同，可以隨便寫，只要檔案名稱是合法的。但還是建議寫成一樣，因為一看檔案名稱就知道sum.h和sum.c是有聯絡的。

運行步驟分析：

1> 在編譯之前，先行編譯器會將sum.h檔案中的內容拷貝到main.c中

2> 接著編譯main.c和sum.c兩個源檔案，產生目標檔案main.o和sum.o，這2個檔案是不能被單獨執行的，原因很簡單：

* sum.o中不存在main函數，肯定不可以被執行

* main.o中雖然有main函數，但是它在main函數中調用了一個sum函數，而sum函數的定義卻存在於sum.o中，因此main.o依賴於sum.o

3> 把main.o、sum.o連結在一起，產生可執行檔

4> 運行程式

 

說到這裡，有人可能有疑惑：可不可以在main.c中包含sum.c檔案，不要sum.h檔案了？

大家都知道#include的功能是拷貝內容，因此上面的代碼等效於：

這麼一看，文法上是絕對沒有問題的，main.c、sum.c都能編譯成功，分別產生sum.o、main.o檔案。但是當我們同時連結main.o和sum.o時會出錯。原因：當連結這兩個檔案時連結器會發現sum.o和main.o裡面都有sum函數的定義，於是報"標識符重複"的錯誤，也就是說sum函數被重複定義了。預設情況下，C語言不允許兩個函數的名字相同。因此，不要嘗試去#include那些.c源檔案。

 

有人可能覺得分出sum.h和sum.c檔案的這種做法好傻B，好端端多出2個檔案，你把所有的東西都寫到main.c不就可以了嗎？

• 沒錯，整個C程式的代碼是可以都寫在main.c中。但是，如果項目做得很大，你可以想象得到，main.c這個檔案會有多麼龐大，會嚴重降低開發和調試效率。
• 要想出色地完成一個大項目，需要一個團隊的合作，不是一個人就可以搞的定的。如果把所有的代碼都寫在main.c中，那就導致代碼衝突，因為整個團隊的開發人員都在修改main.c檔案，張三修改的代碼很有可能會抹掉李四之前添加的代碼。
• 正常的模式應該是這樣：假設張三負責編寫 main函數，李四負責編寫其他自訂函數，張三需要用到李四編寫的某個函數，怎麼辦呢？李四可以將所有自訂函數的聲明寫在一個.h檔案中，比如 lisi.h，然後張三在他自己的代碼中用#include包含lisi.h檔案，接著就可以調用lisi.h中聲明的函數了，而李四呢，可以獨立地在另外一個檔案中(比如lisi.c)編寫函數的定義，實現那些在lisi.h中聲明的函數。這樣子，張三和李四就可以相互協作、不會衝突。

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