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C语言教程（二十二）：C 语言头文件详解

web 2025/5/1 17:38:07

一、头文件的定义与形式

头文件一般具有 `.h` 扩展名，它主要用来存放函数声明、宏定义、结构体和共用体的定义、全局变量的声明等内容。在C语言程序里，可借助 `#include` 预处理指令把这些头文件包含到源文件中。

二、头文件的作用

2.1 函数声明

头文件可对函数进行声明，这样在源文件里使用这些函数时，编译器就能知晓函数的参数和返回值类型。例如：在标准库 `<stdio.h>` 中就声明了像 `printf`、`scanf` 这类函数

2.2 宏定义

头文件可包含宏定义，这样就能在多个源文件中复用这些宏。

例如，定义一个表示圆周率的宏：#define PI 3.1415926

2.3 结构体和共用体定义

在头文件中定义结构体和共用体，能让多个源文件使用相同的数据类型定义。例如：

typedef struct {int x;int y;
} Point;

2.4 全局变量声明

头文件可对全局变量进行声明，让多个源文件能访问这些变量。不过要注意，头文件里通常只进行声明，变量的定义要放在源文件中。例如：

extern int global_variable;

三、头文件的创建

创建头文件的步骤如下：

1. 新建一个文本文件，把扩展名设为 `.h`。

2. 在文件中添加所需的内容，如函数声明、宏定义等。

3. 为避免头文件被重复包含，通常要使用预处理器指令来进行保护。

下面是一个简单头文件的示例，名为 `myheader.h`：

#ifndef MYHEADER_H
#define MYHEADER_H// 函数声明
int add(int a, int b);// 宏定义
#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b))// 结构体定义
typedef struct {int width;int height;
} Rectangle;#endif

在这个例子中，`#ifndef`、`#define` 和 `#endif` 构成了头文件保护机制。`#ifndef MYHEADER_H` 检查 `MYHEADER_H` 这个宏是否未定义，若未定义，就定义该宏并包含头文件内容；若已定义，就跳过这些内容，以此防止头文件被重复包含。

四、头文件的使用

要在源文件中使用头文件，需用 `#include` 预处理指令把它包含进来。`#include` 有两种形式：

4.1 `#include <头文件>`

这种形式用于包含系统提供的头文件，预处理器会在系统指定的标准库目录里查找该头文件。例如：#include <stdio.h>

4.2 `#include "头文件"`

这种形式用于包含自定义的头文件，预处理器会先在当前目录查找该头文件，若找不到，再去系统指定目录查找。例如：#include "myheader.h"

下面是一个使用 `myheader.h` 头文件的源文件示例：

#include "myheader.h"
#include <stdio.h>// 函数定义
int add(int a, int b) {return a + b;
}int main() {int result = add(3, 5);printf("3 + 5 = %d\n", result);int max_val = MAX(10, 20);printf("最大值是: %d\n", max_val);Rectangle rect = {10, 20};printf("矩形的宽度: %d, 高度: %d\n", rect.width, rect.height);return 0;
}

五、标准库头文件

C 标准库头文件（Standard Library Header Files）是由 ANSI C（也称为 C89/C90）和 ISO C（C99 和 C11）标准定义的一组头文件，这些头文件提供了大量的函数、宏和类型定义，用于处理输入输出、字符串操作、数学计算、内存管理等常见的编程任务。

以下是一些常见的 C 标准库头文件及其功能简介：

头文件	功能简介
<stdio.h>	标准输入输出库，包含 `printf`、`scanf` 等函数
<stdlib.h>	标准库函数，包含内存分配、程序控制等函数
<string.h>	字符串操作函数，如 `strlen`、`strcpy` 等
<math.h>	数学函数库，如 `sin`、`cos`、`sqrt` 等
<time.h>	时间和日期函数，如 `time`、`strftime` 等
<ctype.h>	字符处理函数，如 `isalpha`、`isdigit` 等
<limits.h>	定义各种类型的限制值，如 `INT_MAX` 等
<float.h>	定义浮点类型的限制值，如 `FLT_MAX` 等
<assert.h>	断言宏 `assert`，用于调试检查
<errno.h>	定义错误码变量 `errno` 及相关宏
<stddef.h>	定义通用类型和宏，如 `size_t`、`NULL` 等
<signal.h>	处理信号的函数和宏，如 `signal` 等
<setjmp.h>	提供非本地跳转功能的宏和函数
<locale.h>	地域化相关的函数和宏，如 `setlocale` 等