C語言筆記之標頭檔與連結（二）

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從上篇文章中，我們可以看到一點標頭檔的作用：就是聲明各個函數或變數，以供調用；而至於函數或變數的本體，在連結階段補上。在main.c中。我們手動聲明了兩個函數，但其實這樣比較費力不討好，因為如果還有很多其他檔案也需要調用這兩個函數，那麼也要在那些檔案中一次次的聲明；兩個函數還好，如果是成千上百個呢？還要一個一個的去聲明嗎？這時候，標頭檔就是一個更好的選擇：只要把那些需要用到的函數或變數寫進標頭檔，然後include這個標頭檔就可以了。標頭檔就是聲明的替代，或者說是批量的聲明。

我們的標頭檔file1.h可以這樣寫：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <math.h>

extern int gen_rnd(void);

extern void judge(int, int);

以前我在寫代碼的時候，經常會有這樣的疑問：我能不能調用另一個檔案中的函數？或者我該如何調用另一個檔案中的函數？是不是只要“另一個檔案”在同一目錄下，我就可以隨意調用它的代碼？不是有所謂的外鏈嗎？

現在終於有了答案：如果想要調用另一個檔案的函數或變數，首先被調用的函數或變數必須先聲明為具有外鏈的（詳見我介紹儲存類的那篇文章）；然後在本檔案中聲明相應的函數或變數（包括引用相關標頭檔）；最後，要連結相應的目標檔案。這樣，我們就完成了所謂的跨檔案調用。

我在介紹儲存類的那篇文章中提到過，函式宣告只要不被static聲明，都是具有外鏈的（extern可以被省略）；而想要變數具有外鏈，必須將其聲明在所有函數之外（即使其具有檔案範圍），同時用關鍵字extern修飾。這樣以來，這些函數或變數除了在定義所在的檔案中有聲明外（定義本身即是一種聲明），在所有引用它們的檔案中也會有一份對應的聲明，這些“備份”聲明的作用就是告訴引用它們的檔案：被聲明的函數或變數，是同一個函數或變數，在完成連結之後指向相同的地址。因而，在我們的例子中，main.c聲明了judge()函數，就不能再定義一個同名的函數了，除非決定不再連結judge.o。

下面在談一談如何尋找標頭檔以及如何根據標頭檔（或聲明）在連結階段尋找對應的目標檔案。#include命令後面的標頭檔其實分為兩類，一種是用角括弧擴起來的，而另一種是用雙引號擴起來的。在我們的例子中，假設標頭檔file1.h放在main.c所在的目錄，那麼編譯main.c的命令是這樣的：

gcc -s main.c

gcc會自動在main.c所在的目錄搜尋標頭檔。如果file1.h放在main.c所在的目錄的一個子目錄sub中，那麼編譯命令是：

gcc -s main.c -I sub

-I 選項用來指定標頭檔的搜尋路徑，這個路徑是被編譯檔案的相對路徑，起始目錄就是被編譯檔案所在目錄。當然，這個相對路徑也可以體現在#include命令中，比如，#include "sub/file1.h"  那麼編譯的時候就不需要-I選項了。

對於用角括弧包含的標頭檔, gcc 首先尋找 -I 選項指定的目錄,然後尋找系統的標頭檔目錄(通常是 /usr/include );而對於用引號包含的標頭檔, gcc 首先尋找包含標頭檔的 .c 檔案所在的目錄,然後尋找 -I 選項指定的目錄,然後尋找系統的標頭檔目錄。

指定標頭檔的路徑是為了在編譯的時候產生正確的聲明，聲明有了，如何去找到對應的目標檔案呢？對於自己寫的標頭檔，當然是自己在連結的時候給出路徑來；而對於用角括弧括起來的標頭檔呢？gcc會自動去尋找相應的庫檔案，比如printf函數就在libc庫中。這些標準庫檔案的路徑都是系統固定的，gcc會預設去這些目錄搜尋，編譯器預設會找的目錄可以用 -print-search-dirs 選項查看。

那麼庫檔案（暫時只考慮靜態庫）和目標檔案有啥區別？其實我們也可以把剛才的judge.o和gen_rnd.o做成一個靜態庫：

$ ar rs libgame.a judge.o gen_rnd.o

庫檔案名稱都是以 lib 開頭的,靜態庫以 .a 作為尾碼,表示Archive。 ar 命令類似於 tar 命令,起一個打包的作用,但是把目標檔案打包成靜態庫只能用 ar 命令而不能用 tar 命令。選項 r 表示將後面的檔案清單添加到檔案包,如果檔案包不存在就建立它,如果檔案包中已有同名檔案就替換成新的。 s 是專用於產生靜態庫的,表示為靜態庫建立索引,這個索引被連結器使用。

然後我們可以這樣編譯main.c:

gcc main.c -L . -I game -o main

-L 選項告訴編譯器去哪裡找需要的庫檔案,-L. 表示在目前的目錄找， -l （小寫L）選項告訴編譯器要連結libgame庫.注意,即使庫檔案就在目前的目錄,編譯器預設也不會去找的,所以 -L選項不能少。

那為什麼要把目標檔案做成庫檔案呢？首先，如果有太多目標檔案的話，gcc命令會敲的手疼（⊙﹏⊙b汗），而庫檔案的編譯命令就很簡潔；其次，假設我們又在judge.c中添加了一個無關的add函數，那麼直接連結目標檔案，會把這些無關代碼也加進可執行檔中，於是如果無關函數很多的話，就是使得可執行檔變得很大，但是如果連結庫檔案的話，連結器可以從靜態庫中只取出需要的部分來做。

最後留個尾巴：為什麼不直接include “judge.c”等那些源檔案呢？

C語言筆記之標頭檔與連結（二）