C ヘッダーファイル

ヘッダーファイルは、拡張子が .h のファイルで、C 関数の宣言とマクロ定義が含まれ、複数のソースファイルで共有されます。ヘッダーファイルには、プログラマが作成するヘッダーファイルと、コンパイラに付属するヘッダーファイルの 2 種類があります。

プログラムでヘッダーファイルを使用するには、C の前処理命令 #include を使用して参照する必要があります。前に、コンパイラに付属するヘッダーファイルである stdio.h ヘッダーファイルを見てきました。

ヘッダーファイルを参照することは、ヘッダーファイルの内容をコピーすることと同じですが、ヘッダーファイルの内容をソースファイルに直接コピーすることはしません。これは、特にプログラムが複数のソースファイルで構成されている場合に、間違いを犯しやすいためです。 .

C または C++ プログラムでの簡単な方法として、すべての定数、マクロ、システムグローバル変数、および関数プロトタイプをヘッダーファイルに記述し、必要なときにいつでもこれらのヘッダーファイルを参照することをお勧めします。

ヘッダーファイルを参照するための構文

ユーザーおよびシステムヘッダーファイルは、前処理ディレクティブ #include を使用して参照できます。次の 2 つの形式があります。

#include <file>

この形式は、システムヘッダーファイルを参照するために使用されます。これは、システムディレクトリの標準リストから file という名前のファイルを検索します。ソースコードをコンパイルするときに、 -I オプションを使用して、このリストの先頭にディレクトリを追加できます。

#include "file"

この形式は、ユーザーヘッダーファイルを参照するために使用されます。現在のファイルを含むディレクトリで file という名前のファイルを検索します。ソースコードをコンパイルするときに、 -I オプションを使用して、このリストの先頭にディレクトリを追加できます。

ヘッダーファイルを参照する操作

#include ディレクティブは、指定されたファイルを入力として探すように C プリプロセッサに指示します。プリプロセッサの出力には、生成された出力、参照されたファイルによって生成された出力、および #include ディレクティブの後のテキスト出力が含まれます。たとえば、次のようなヘッダーファイル header.h があるとします。

char *test (void);

また、ヘッダーファイルを使用するメインプログラム program.c は次のようになります。

int x;
#include "header.h"

int main (void)
{
   puts (test ());
}

コンパイラは、次のコード情報を確認します。

int x;
char *test (void);

int main (void)
{
   puts (test ());
}

ヘッダファイルの役割

C 言語では、各ソースファイルはモジュールであり、ヘッダーファイルはモジュールを使用するユーザーにインターフェイスを提供します。インターフェイスとは、機能モジュールが特定の機能にアクセスするために他のモジュールに公開するメソッドを指します。

ソースファイルを使用してモジュールの機能を実装し、ヘッダーファイルを使用してユニットのインターフェイスを公開します。ユーザーは、対応するヘッダーファイルをインクルードするだけで、ヘッダーファイルで公開されているインターフェイスを使用できます。

ヘッダーファイルに含まれるメソッドを使用してプログラム内の各機能モジュールをリンクすると、モジュラープログラミング設計に役立ちます。

1) ヘッダーファイルを介してライブラリ関数を呼び出します。多くの場合、ヘッダーファイルとバイナリライブラリがユーザーに提供されている限り、ソースコードをユーザーに公開することは不便 (または許可されない) です。ユーザーは、ヘッダーファイルのインターフェイス宣言に従ってライブラリ関数を呼び出すだけでよく、インターフェイスがどのように実装されているかを気にする必要はありません。コンパイラは、対応するコードをライブラリから抽出します。

2) ヘッダーファイルは型の安全性チェックを強化できます。インターフェイスがヘッダーファイルの宣言と矛盾する方法で実装または使用されている場合、コンパイラはエラーを指摘します。この単純なルールにより、プログラマーのデバッグとエラー修正の負担を大幅に軽減できます。

コンパイラは、前処理段階で、ソースファイルに含まれているヘッダーファイルの内容をインクルードステートメント (#include) にコピーします。ソースファイルをコンパイルすると、インクルードされたヘッダーファイルの内容と一緒にコンパイルされ、オブジェクトファイル (.obj) が生成されます。
インクルードされたヘッダーファイルが非常に大きい場合、コンパイル速度が大幅に低下します (GCC の -E オプションを使用して、前処理された最終的なファイルを取得して表示します)。したがって、必要なヘッダーファイルのみをソースファイルに含める必要があり、ヘッダーファイルに他のヘッダーファイルを含めないようにしてください。

ヘッダーファイル構成の原則

変数と関数の定義はソースファイルに実装され、リンクスコープが指定されます。ヘッダーファイルには、外部で使用する必要があるグローバル変数、関数宣言、データ型、およびマクロの定義を記述します。

ヘッダーファイルの内容を整理するには、次のガイドラインに従うことをお勧めします。

ヘッダーファイル分割の原則: 型定義とマクロ定義は関数宣言からできるだけ分離し、別のヘッダーファイルに配置する必要があります。内部関数宣言ヘッダーファイルは外部関数宣言ヘッダーファイルから分離され、内部型定義ヘッダーファイルは外部型定義ヘッダーファイルから分離されます。

型とマクロの定義を異なるファイルに分割できない場合があることに注意してください。たとえば、構造体の配列メンバーの要素数が定数マクロで表される場合などです。したがって、型マクロ定義と関数宣言のみが分離され、それぞれ *.th および *.fh ファイルに配置されます (必須ではありません)。

ヘッダーファイルのセマンティック階層の原則: ヘッダーファイルにはセマンティック階層が必要です。異なるセマンティックレベルの型定義を 1 つのヘッダーファイルに配置したり、異なるレベルの関数宣言を 1 つのヘッダーファイルに配置したりしないでください。
ヘッダーファイルのセマンティック関連性の原則: 同じヘッダーファイルに表示される型定義と関数宣言は、セマンティックに関連し、内部論理関係を持つ必要があり、無関係な定義と宣言を 1 つのヘッダーファイルに入れないようにします。
ヘッダーファイルの名前は、関数を実装するソースファイル、つまり module.c および module.h と同じにする必要があります。ただし、ソースファイルに同じ名前のヘッダーファイルを含める必要はありません。
モジュール間の結合を減らすために、ヘッダーファイルにローカルデータを含めないでください。
つまり、ソースファイル自体で使用される型、マクロ定義、変数、および関数宣言のみがヘッダーファイルに表示されないようにする必要があります。スコープが 1 つのファイルに限定されているプライベート変数と関数は、外部呼び出しを防ぐために static として宣言する必要があります。ソースファイルにプライベートタイプを配置すると、まとまりが増し、不要な書式の漏れが減少します。
ヘッダーファイルで変数と関数を定義することはできません。マクロ、型 (typedef/struct/union/enum など)、および変数と関数の宣言のみを定義できます。
特殊なケースでは、基本型のグローバル変数を extern にすることができ、ソースファイルはヘッダーファイルをインクルードすることでグローバル変数にアクセスできます。ただし、ヘッダーファイルは、カスタム型 (構造体など) のグローバル変数を extern にしないでください。そうしないと、変数にアクセスする必要のないソースファイルに、カスタム型が配置されているヘッダーファイル [1] を含めるように強制されます。 .
記述ヘッダーファイルには、対応するソースファイルが必要ではありません。これらのヘッダーファイルのほとんどには、多数の概念的なマクロ定義または列挙型定義が含まれており、他の型定義および変数または関数の宣言は含まれていません。このようなヘッダーファイルには、他のヘッダーファイルも含めないでください。
#pragma once またはヘッダーガード (インクルードガードまたはマクロガードとも呼ばれます) を使用して、ヘッダーファイルが繰り返し含まれないようにします。#pragma once は非標準ですが、最新のコンパイラで広くサポートされているトリックであり、プリプロセッサに「現在のヘッダーファイルを二重にインクルードしない」ように明示的に指示します。ヘッダーガードは、前処理コマンドを通じて同様の動作をシミュレートします。

ここに画像の説明を挿入

#pragma once を使用すると、ヘッダーガードよりも 2 つの利点があります。

①より速く。コンパイラは、#pragma とマークされたファイルを 2 回目に読み取ることはありませんが、ヘッダーガードを使用してファイルを数回読み取ります (#endif を探します)。

②簡単に。各ファイルのヘッダーガードに名前を付ける必要がなくなり、重複するマクロ名によって引き起こされる「宣言が見つからない」という問題が回避されます。

欠点は次のとおりです。

#pragma once保证物理上的同一个文件不会被包含多次，无法对头文件中的一段代码作#pragma once声明。若某个头文件具有多份拷贝(内容相同的多个文件)，pragma不能保证它们不被重复包含。当然，这种重复包含很容易被发现并修正。

C++ で C 関数を参照する場合、関数が配置されているヘッダーファイルに extern "C" を含める必要があります。

ここに画像の説明を挿入
extern "C" によって変更された変数と関数は、C 言語でコンパイルおよびリンクされます。そうしないと、コンパイラは C 関数定義を見つけることができず、リンクエラーが発生します。

アプリケーションの観点からインターフェイスによって公開されるコンテンツを説明するために、ヘッダーファイルには十分なユーザー指向のコメントが必要です。