C语言开头的#include是什么作用

有人问:C语言为什么只需要include\就能使用里面声明的函数?这是一个看起来非常简单的问题,但是很多初学者,甚至学了很久的人都可能没有搞明白。

为什么包含即可用?

要明白包含即可用的原因,就必须讲到C语言代码是如何变成可执行文件的了,这里可以参考《hello程序是如何变成可执行文件的》。这里使用#include指令,在预编译之后,相当于把文件里面的内容都放到.c中了。

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//hello.c
#include<stdio.h>
int main(void)
{
printf("hello,编程珠玑\n");
return 0;
}

这一点也很容易验证:

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$ gcc -E -o hello.i hello.c

执行完成之后,就可以看到hello.i里面涵盖了stdio.h中所有的内容。所以实际上,你只是在你的.c中声明了这些函数,既然声明了,那么你就可以使用。但是你要想真正用到它,还需要找到它的定义。这是在链接阶段做的事情。

链接的时候,链接器会知道,诶,你这个程序需要printf函数啊?好的,我去libc.so里面找找,看看有没有哈。,巧了,还真有,恭喜你可以用。 所以,这是一个,你用了,然后编译器帮你找了,而且还找到了的巧合事件而已。

包含就够吗?

当然不够!

这个事情表面上看起来理所当然。但是有一个非常重要的前提:

  • 编译器默认链接了libc库(或者类似的库)

如果没有这个前提,就不会是包含即可用。

实际上,这一点我已经在《一个奇怪的链接问题》中提到过了。看一下下面的代码:

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//pow.c
//来源:公众号【编程珠玑】
//作者:守望先生
#include<stdio.h>
#include<math.h>
int main(void)
{
double pow(double x, double y);
double a = 2;
double c = pow(a,4);
printf("%f ^ 4 = %f\n",a,c);
return 0;
}

用下面的命令已经不能直接编译出来了:

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$ gcc -o pow pow.c
/tmp/ccnou5WK.o: In function `main':
pow.c:(.text+0x2f): undefined reference to `pow'
collect2: error: ld returned 1 exit status

所以说,并不是包含了就可以用。在这种情况下,你必须告诉它,我要用pow函数,并且你要去math库找,于是,按照下面的方式进行编译链接:

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$ gcc -o pow pow.c -lm

就可以了。(-lm表示需要链接math库)

当然了,对于C++,使用pow函数不用链接math库也是可以的,为什么呢?请移步这里《C++为什么不需要单独链接math库?》。

不包含可以用吗?

那么一定要包含才可以使用吗?并非如此。前面说过了,包含不过是使用里面的声明,既然如何,我们自己声明怎么样?看下面的代码:

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//hello.c,没有包含stdio.h
int printf (const char *__restrict __format, ...);
//extern int printf (const char *__restrict __format, ...);
int main(void)
{
printf("hello,编程珠玑\n");
return 0 ;
}

同样可以好好运行,因为你可以自己声明或者指定为外部声明。不过这样不建议,因为一旦出现自己声明的与实际的不符合,就可能导致意料不到的事情发生。

总结

stdio.h里面的函数,包含即可用,只是巧合而已。包含并调用,只是表明你要用,而能不能用,取决于你有没有。通常stdio.h中的函数,基本都在libc库中,因此都可以用。不包含,但是自己声明调用,同样可以用,当然并不推荐这样做。

所以最终决定你能不能用,是要看自己有没有定义以及其他地方有没有定义。

为便于理解,本文不涉及太多具体的编译链接知识,有兴趣的可以自行扩展。

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