【C语言】11-函数的声明和定义

一、函数的声明

1.在C语言中，函数的定义顺序是有讲究的：默认情况下，只有后面定义的函数才可以调用前面定义过的函数

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行定义的main函数调用了第1行的sum函数，这是合法的。如果调换sum函数和main函数的顺序，在标准的C编译器环境下是不合法的（不过在GCC编译器环境下只是一个警告）

2.如果想把函数的定义写在main函数后面，而且main函数能正常调用这些函数，那就必须在main函数的前面进行函数的声明

1 // 只是做个函数声明，并不用实现
 2 int sum(int a, int b);
 3 
 4 int main()
 5 {
 6     int c = sum(1, 4);
 7     return 0;
 8 }
 9 
10 // 函数的定义(实现)
11 int sum(int a, int b) {
12     return a + b;
13 }      

在第11行定义了sum函数，在第2行对sum函数进行了声明，然后在第6行(main函数中)就可以正常调用sum函数了。

3.函数的声明格式

1> 格式

返回值类型  函数名 (参数1, 参数2, ...)      

只要你在main函数前面声明过一个函数，main函数就知道这个函数的存在，就可以调用这个函数。而且只要知道函数名、函数的返回值、函数接收多少个参数、每个参数是什么类型的，就能够调用这个函数了，因此，声明函数的时候可以省略参数名称。比如上面的sum函数声明可以写成这样：

int sum(int, int);      

究竟这个函数是做什么用的，还要看函数的定义。

2> 如果只有函数的声明，而没有函数的定义，那么程序将会在链接时出错

下面的写法是错误的：

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行声明了一个sum函数，但是并没有对sum函数进行定义，接着在第6行调用sum函数
• 这个程序是可以编译成功的，因为我们在main函数前面声明了sum函数(函数的声明和定义是两码事)，这个函数声明可以理解为：在语法上，骗一下main函数，告诉它sum函数是存在的，所以从语法的角度上main函数是可以调用sum函数的。究竟这个sum函数存不存在呢，有没有被定义呢？编译器是不管的。在编译阶段，编译器并不检测函数有没有定义，只有在链接的时候才会检测这个函数存不存在，也就是检测函数有没有被定义。
• 因此，这个程序会在链接的时候报错，错误信息如下：

• 我这里的源文件是main.c文件，所以编译成功后生成一个main.o文件。链接的时候，链接器会检测main.o中的函数有没有被定义。
• 上面的错误信息大致意思是：在main.o文件中找不到sum这个标识符。
• 错误信息中的linker是链接器的意思，下次看到这个linker，说明是链接阶段出错了。链接出错了，就不能生成可执行文件，程序就不能运行。
• 这个错误的解决方案就是加上sum函数的定义。

二、多源文件开发

1.为什么要有多个源文件

1> 在编写第一个c语言程序的时候已经提到：我们编写的所有C语言代码都保存在拓展名为.c的源文件中，编写完毕后就进行编译、链接，最后运行程序。

2> 在前面的学习过程中，由于代码比较少，因此所有的代码都保存在一个.c源文件中。但是，在实际开发过程中，项目做大了，源代码肯定非常多，很容易就上万行代码了，甚至上十万、百万都有可能。这个时候如果把所有的代码都写到一个.c源文件中，那么这个文件将会非常庞大，也非常恶心，你可以想象一下，一个文件有十几万行文字，不要说调试程序了，连阅读代码都非常困难。

3> 而且，公司里面都是以团队开发为主，如果多个开发人员同时修改一个源文件，那就会带来很多麻烦的问题，比如张三修改的代码很有可能会抹掉李四之前添加的代码。

4> 因此，为了模块化开发，一般会将不同的功能写到不同的.c源文件中，这样的话，每个开发人员都负责修改不同的源文件，达到分工合作的目的，能够大大提高开发效率。也就是说，一个正常的C语言项目是由多个.c源文件构成。

2.将sum函数写到其他源文件中

接下来就演示一下多个源文件的开发，我将前面定义的sum函数写在另一个源文件（命名为sum.c）中。这时候就有两个源文件：

1> main.c文件

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

2> sum.c文件

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

3.在main函数中调用sum函数

1> 现在想在main函数中调用sum函数，那么你可能会直接这样写：

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

这种写法在标准C语言编译器中是直接报错的，因为main函数都不知道sum函数的存在，怎么可以调用它呢！！！

2> 我们应该骗一下main函数，sum函数是存在的，告诉它sum函数的返回值和参数类型即可。也就是说，应该在main函数前面，对sum函数进行声明。

main.c文件应该写成下面这样

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，加了一个sum函数的声明。为了检验sum函数的调用结果，在第9行用prinf函数将结果输出。

4.编译所有的源文件

sum.c和main.c都编写完毕后，就可以使用gcc指令进行编译了。同时编译两个文件的指令是：cc -c main.c sum.c

编译成功后，生成了2个.o目标文件

也可以单独编译：

cc -c main.c

cc -c sum.c

5.链接所有的目标文件

前面已经编译成功，生成了main.o和sum.o文件。现在应该把这2个.o文件进行链接，生成可执行文件。

1> 注意，一定要同时链接两个文件。如果你只是单独链接main.o或者sum.o都是不可能链接成功的。原因如下：

• 如果只是链接main.o文件：cc main.o，错误信息是：在main.o中找到不到sum这个标识符，其实就是找不到sum函数的定义。因为sum函数的定义在sum.o文件中，main.o中只有sum函数的声明

• 如果只是链接sum.o文件：cc sum.o，错误信息是：找不到main函数。一个C程序的入口点就是main函数，main函数定义在main.o中，sum.o中并没有定义main函数，连入口都没有，怎么能链接成功、生成可执行文件呢？

可以看出，main.o和sum.o有密不可分的关系，其实链接的目的就是将所有相关联的目标文件和C语言函数库组合在一起，生成可执行文件。

2> 链接main.o和sum.o文件：cc main.o sum.o，生成了可执行文件a.out

3> 运行a.out文件：./a.out，运行结果是在屏幕上输出了：

c is 21      

说明函数调用成功，我们已经成功在main.c文件的main函数中调用了sum.c文件中的sum函数

4> 从中也可以得出一个结论：只要知道某个函数的声明，就可以调用这个函数，编译就能成功。不过想要这个程序能够运行成功，必须保证在链接的时候能找到函数的定义。

三、#include

理解完前面的知识后，接下来就可以搞懂一个很久以前的问题：每次写在最前面的#include是干啥用的？

1.#include的作用

先来看一个最简单的C程序：

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

这个程序的作用是在屏幕上输出Hello,World!这一串内容，我们主要关注第一行代码。

• #include 是C语言的预处理指令之一，所谓预处理，就是在编译之前做的处理，预处理指令一般以 # 开头
• #include 指令后面会跟着一个文件名，预处理器发现 #include 指令后，就会根据文件名去查找文件，并把这个文件的内容包含到当前文件中。被包含文件中的文本将替换源文件中的 #include 指令，就像你把被包含文件中的全部内容拷贝到这个 #include 指令所在的位置一样。所以第一行指令的作用是将stdio.h文件里面的所有内容拷贝到第一行中。
• 如果被包含的文件拓展名为.h，我们称之为"头文件"(Header File)，头文件可以用来声明函数，要想使用这些函数，就必须先用 #include 指令包含函数所在的头文件
• #include 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等，甚至.txt、.abc等等都可以

也就是说你完全可以将第3行~第7行的代码放到其他文件中，然后用 #include 指令包含进来,比如：

1> 将第3行~第7行的代码放到my.txt中

2> 在main.c源文件中包含my.txt文件

• 编译链接后，程序还是可以照常运行的，因为 #include 的功能就是将文件内容完全拷贝到 #include 指令所在的位置
• 说明：这里用txt文件纯属演示，平时做项目不会这样做，除非吃饱了撑着，才会把代码都写到txt中去

2.#include可以使用绝对路径

上面的#include "my.txt"使用的是相对路径，其实也可以使用绝对路径。比如#include "/Users/apple/Desktop/my.txt"

3.#include <>和#include ""的区别

二者的区别在于：当被include的文件路径不是绝对路径的时候，有不同的搜索顺序。

1> 对于使用双引号""来include文件，搜索的时候按以下顺序：

• 先在这条include指令的父文件所在文件夹内搜索，所谓的父文件，就是这条include指令所在的文件
• 如果上一步找不到，则在父文件的父文件所在文件夹内搜索；
• 如果上一步找不到，则在编译器设置的include路径内搜索；
• 如果上一步找不到，则在系统的INCLUDE环境变量内搜索

2> 对于使用尖括号<>来include文件，搜索的时候按以下顺序：

• 在编译器设置的include路径内搜索；
• 如果上一步找不到，则在系统的INCLUDE环境变量内搜索

我这里使用的是clang编译器，clang设置include路径是（4.2是编译器版本）：/usr/lib/clang/4.2/include

Mac系统的include路径有：

• /usr/include
• /usr/local/include

4.stdio.h

我们已经知道#include指令的作用了，可是为什么要在第一行代码包含stdio.h呢？

• stdio.h 是C语言函数库中的一个头文件，里面声明了一些常用的输入输出函数，比如往屏幕上输出内容的printf函数
• 这里之所以包含 stdio.h 文件，是因为在第5行中用到了在 stdio.h 内部声明的printf函数，这个函数可以向屏幕输出数据，第7行代码输出的内容是：Hello, World!
• 注意：stdio.h里面只有printf函数的声明。前面已经提到：只要知道函数的声明，就可以调用这个函数，就能编译成功。不过想要这个程序能够运行成功，必须保证在链接的时候能找到函数的定义。其实链接除了会将所有的目标文件组合在一起，还会关联C语言的函数库，函数库中就有printf函数的定义。因此前面的程序是可以链接成功的。

5.头文件.h和源文件.c的分工

跟printf函数一样，我们在开发中会经常将函数的声明和定义写在不同的文件中，函数声明放在.h头文件中，函数定义放在.c源文件中。

下面我们将sum函数的声明和定义分别放在sum.h和sum.c中

这是sum.h文件

这是sum.c文件

然后在main.c中包含sum.h即可使用sum函数

其实sum.h和sum.c的文件名不一样要相同，可以随便写，只要文件名是合法的。但还是建议写成一样，因为一看文件名就知道sum.h和sum.c是有联系的。

运行步骤分析：

1> 在编译之前，预编译器会将sum.h文件中的内容拷贝到main.c中

2> 接着编译main.c和sum.c两个源文件，生成目标文件main.o和sum.o，这2个文件是不能被单独执行的，原因很简单：

* sum.o中不存在main函数，肯定不可以被执行

* main.o中虽然有main函数，但是它在main函数中调用了一个sum函数，而sum函数的定义却存在于sum.o中，因此main.o依赖于sum.o

3> 把main.o、sum.o链接在一起，生成可执行文件

4> 运行程序

说到这里，有人可能有疑惑：可不可以在main.c中包含sum.c文件，不要sum.h文件了？

大家都知道#include的功能是拷贝内容，因此上面的代码等效于：

这么一看，语法上是绝对没有问题的，main.c、sum.c都能编译成功，分别生成sum.o、main.o文件。但是当我们同时链接main.o和sum.o时会出错。原因：当链接这两个文件时链接器会发现sum.o和main.o里面都有sum函数的定义，于是报"标识符重复"的错误，也就是说sum函数被重复定义了。默认情况下，C语言不允许两个函数的名字相同。因此，不要尝试去#include那些.c源文件。

有人可能觉得分出sum.h和sum.c文件的这种做法好傻B，好端端多出2个文件，你把所有的东西都写到main.c不就可以了么？

• 没错，整个C程序的代码是可以都写在main.c中。但是，如果项目做得很大，你可以想象得到，main.c这个文件会有多么庞大，会严重降低开发和调试效率。
• 要想出色地完成一个大项目，需要一个团队的合作，不是一个人就可以搞的定的。如果把所有的代码都写在main.c中，那就导致代码冲突，因为整个团队的开发人员都在修改main.c文件，张三修改的代码很有可能会抹掉李四之前添加的代码。
• 正常的模式应该是这样：假设张三负责编写 main函数，李四负责编写其他自定义函数，张三需要用到李四编写的某个函数，怎么办呢？李四可以将所有自定义函数的声明写在一个.h文件中，比如 lisi.h，然后张三在他自己的代码中用#include包含lisi.h文件，接着就可以调用lisi.h中声明的函数了，而李四呢，可以独立地在另外一个文件中(比如lisi.c)编写函数的定义，实现那些在lisi.h中声明的函数。这样子，张三和李四就可以相互协作、不会冲突。