C语言笔记之头文件与链接（二）

从上篇文章中，我们可以看到一点头文件的作用：就是声明各个函数或变量，以供调用；而至于函数或变量的本体，在链接阶段补上。在main.c中。我们手动声明了两个函数，但其实这样比较费力不讨好，因为如果还有很多其他文件也需要调用这两个函数，那么也要在那些文件中一次次的声明；两个函数还好，如果是成千上百个呢？还要一个一个的去声明吗？这时候，头文件就是一个更好的选择：只要把那些需要用到的函数或变量写进头文件，然后include这个头文件就可以了。头文件就是声明的替代，或者说是批量的声明。

我们的头文件file1.h可以这样写：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <math.h>

extern int gen_rnd(void);

extern void judge(int, int);

以前我在写代码的时候，经常会有这样的疑问：我能不能调用另一个文件中的函数？或者我该如何调用另一个文件中的函数？是不是只要“另一个文件”在同一目录下，我就可以随意调用它的代码？不是有所谓的外链吗？

现在终于有了答案：如果想要调用另一个文件的函数或变量，首先被调用的函数或变量必须先声明为具有外链的（详见我介绍存储类的那篇文章）；然后在本文件中声明相应的函数或变量（包括引用相关头文件）；最后，要链接相应的目标文件。这样，我们就完成了所谓的跨文件调用。

我在介绍存储类的那篇文章中提到过，函数声明只要不被static声明，都是具有外链的（extern可以被省略）；而想要变量具有外链，必须将其声明在所有函数之外（即使其具有文件作用域），同时用关键字extern修饰。这样以来，这些函数或变量除了在定义所在的文件中有声明外（定义本身即是一种声明），在所有引用它们的文件中也会有一份对应的声明，这些“备份”声明的作用就是告诉引用它们的文件：被声明的函数或变量，是同一个函数或变量，在完成链接之后指向相同的地址。因而，在我们的例子中，main.c声明了judge()函数，就不能再定义一个同名的函数了，除非决定不再链接judge.o。

下面在谈一谈如何寻找头文件以及如何根据头文件（或声明）在链接阶段寻找对应的目标文件。#include命令后面的头文件其实分为两类，一种是用尖括号扩起来的，而另一种是用双引号扩起来的。在我们的例子中，假设头文件file1.h放在main.c所在的目录，那么编译main.c的命令是这样的：

gcc -s main.c

gcc会自动在main.c所在的目录搜索头文件。如果file1.h放在main.c所在的目录的一个子目录sub中，那么编译命令是：

gcc -s main.c -I sub

-I 选项用来指定头文件的搜索路径，这个路径是被编译文件的相对路径，起始目录就是被编译文件所在目录。当然，这个相对路径也可以体现在#include命令中，比如，#include "sub/file1.h"  那么编译的时候就不需要-I选项了。

对于用角括号包含的头文件, gcc 首先查找 -I 选项指定的目录,然后查找系统的头文件目录(通常是 /usr/include );而对于用引号包含的头文件, gcc 首先查找包含头文件的 .c 文件所在的目录,然后查找 -I 选项指定的目录,然后查找系统的头文件目录。

指定头文件的路径是为了在编译的时候生成正确的声明，声明有了，如何去找到对应的目标文件呢？对于自己写的头文件，当然是自己在链接的时候给出路径来；而对于用尖括号括起来的头文件呢？gcc会自动去寻找相应的库文件，比如printf函数就在libc库中。这些标准库文件的路径都是系统固定的，gcc会默认去这些目录搜索，编译器默认会找的目录可以用 -print-search-dirs 选项查看。

那么库文件（暂时只考虑静态库）和目标文件有啥区别？其实我们也可以把刚才的judge.o和gen_rnd.o做成一个静态库：

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

库文件名都是以 lib 开头的,静态库以 .a 作为后缀,表示Archive。 ar 命令类似于 tar 命令,起一个打包的作用,但是把目标文件打包成静态库只能用 ar 命令而不能用 tar 命令。选项 r 表示将后面的文件列表添加到文件包,如果文件包不存在就创建它,如果文件包中已有同名文件就替换成新的。 s 是专用于生成静态库的,表示为静态库创建索引,这个索引被链接器使用。

然后我们可以这样编译main.c:

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

-L 选项告诉编译器去哪里找需要的库文件,-L. 表示在当前目录找， -l （小写的L）选项告诉编译器要链接libgame库.注意,即使库文件就在当前目录,编译器默认也不会去找的,所以 -L选项不能少。

那为什么要把目标文件做成库文件呢？首先，如果有太多目标文件的话，gcc命令会敲的手疼（⊙﹏⊙b汗），而库文件的编译命令就很简洁；其次，假设我们又在judge.c中添加了一个无关的add函数，那么直接链接目标文件，会把这些无关代码也加进可执行文件中，于是如果无关函数很多的话，就是使得可执行文件变得很大，但是如果链接库文件的话，链接器可以从静态库中只取出需要的部分来做。

最后留个尾巴：为什么不直接include “judge.c”等那些源文件呢？