多文件项目
简介 #
一个软件项目往往包含多个源码文件，编译时需要将这些文件一起编译，生成一个可执行文件。
假定一个项目有两个源码文件
foo.c
和
bar.c
，其中
foo.c
是主文件，
bar.c
是库文件。所谓“主文件”，就是包含了
main()
函数的项目入口文件，里面会引用库文件定义的各种函数。
// File foo.c
#include <stdio.h>
int main(void) {
printf("%d\n", add(2, 3)); // 5!
上面代码中，主文件
foo.c
调用了函数
add()
，这个函数是在库文件
bar.c
里面定义的。
// File bar.c
int add(int x, int y) {
return x + y;
现在，将这两个文件一起编译。
$ gcc -o foo foo.c bar.c
# 更省事的写法
$ gcc -o foo *.c
上面命令中，gcc 的
-o
参数指定生成的二进制可执行文件的文件名，本例是
foo
。
这个命令运行后，编译器会发出警告，原因是在编译
foo.c
的过程中，编译器发现一个不认识的函数
add()
，
foo.c
里面没有这个函数的原型或者定义。因此，最好修改一下
foo.c
，在文件头部加入
add()
的原型。
// File foo.c
#include <stdio.h>
int add(int, int);
int main(void) {
printf("%d\n", add(2, 3)); // 5!
现在再编译就没有警告了。
你可能马上就会想到，如果有多个文件都使用这个函数
add()
，那么每个文件都需要加入函数原型。一旦需要修改函数
add()
（比如改变参数的数量），就会非常麻烦，需要每个文件逐一改动。所以，通常的做法是新建一个专门的头文件
bar.h
，放置所有在
bar.c
里面定义的函数的原型。
// File bar.h
int add(int, int);
然后使用
include
命令，在用到这个函数的源码文件里面加载这个头文件
bar.h
。
// File foo.c
#include <stdio.h>
#include "bar.h"
int main(void) {
printf("%d\n", add(2, 3)); // 5!
上面代码中，
#include "bar.h"
表示加入头文件
bar.h
。这个文件没有放在尖括号里面，表示它是用户提供的；它没有写路径，就表示与当前源码文件在同一个目录。
然后，最好在
bar.c
里面也加载这个头文件，这样可以让编译器验证，函数原型与函数定义是否一致。
// File bar.c
#include "bar.h"
int add(int a, int b) {
return a + b;
现在重新编译，就可以顺利得到二进制可执行文件。
$ gcc -o foo foo.c bar.c
重复加载 #
头文件里面还可以加载其他头文件，因此有可能产生重复加载。比如，
a.h
和
b.h
都加载了
c.h
，然后
foo.c
同时加载了
a.h
和
b.h
，这意味着
foo.c
会编译两次
c.h
。
最好避免这种重复加载，虽然多次定义同一个函数原型并不会报错，但是有些语句重复使用会报错，比如多次重复定义同一个 Struct 数据结构。解决重复加载的常见方法是，在头文件里面设置一个专门的宏，加载时一旦发现这个宏存在，就不再继续加载当前文件了。
// File bar.h
#ifndef BAR_H
#define BAR_H
int add(int, int);
#endif
上面示例中，头文件
bar.h
使用
#ifndef
和
#endif
设置了一个条件判断。每当加载这个头文件时，就会执行这个判断，查看有没有设置过宏
BAR_H
。如果设置过了，表明这个头文件已经加载过了，就不再重复加载了，反之就先设置一下这个宏，然后加载函数原型。
extern 说明符 #
当前文件还可以使用其他文件定义的变量，这时要使用
extern
说明符，在当前文件中声明，这个变量是其他文件定义的。
extern int myVar;
上面示例中，
extern
说明符告诉编译器，变量
myvar
是其他脚本文件声明的，不需要在这里为它分配内存空间。
由于不需要分配内存空间，所以
extern
声明数组时，不需要给出数组长度。
extern int a[];
这种共享变量的声明，可以直接写在源码文件里面，也可以放在头文件中，通过
#include
指令加载。
static 说明符 #
正常情况下，当前文件内部的全局变量，可以被其他文件使用。有时候，不希望发生这种情况，而是希望某个变量只局限在当前文件内部使用，不要被其他文件引用。
这时可以在声明变量的时候，使用
static
关键字，使得该变量变成当前文件的私有变量。
static int foo = 3;
上面示例中，变量
foo
只能在当前文件里面使用，其他文件不能引用。
编译策略 #
多个源码文件的项目，编译时需要所有文件一起编译。哪怕只是修改了一行，也需要从头编译，非常耗费时间。
为了节省时间，通常的做法是将编译拆分成两个步骤。第一步，使用 GCC 的
-c
参数，将每个源码文件单独编译为对象文件（object file）。第二步，将所有对象文件链接在一起，合并生成一个二进制可执行文件。
$ gcc -c foo.c # 生成 foo.o
$ gcc -c bar.c # 生成 bar.o
# 更省事的写法
$ gcc -c *.c
上面命令为源码文件
foo.c
和
bar.c
，分别生成对象文件
foo.o
和
bar.o
。
对象文件不是可执行文件，只是编译过程中的一个阶段性产物，文件名与源码文件相同，但是后缀名变成了
.o
。
得到所有的对象文件以后，再次使用
gcc
命令，将它们通过链接，合并生成一个可执行文件。
$ gcc -o foo foo.o bar.o
# 更省事的写法
$ gcc -o foo *.o
以后，修改了哪一个源文件，就将这个文件重新编译成对象文件，其他文件不用重新编译，可以继续使用原来的对象文件，最后再将所有对象文件重新链接一次就可以了。由于链接的耗时大大短于编译，这样做就节省了大量时间。
make 命令 #
大型项目的编译，如果全部手动完成，是非常麻烦的，容易出错。一般会使用专门的自动化编译工具，比如 make。
make 是一个命令行工具，使用时会自动在当前目录下搜索配置文件 makefile（也可以写成 Makefile）。该文件定义了所有的编译规则，每个编译规则对应一个编译产物。为了得到这个编译产物，它需要知道两件事。
- 依赖项（生成该编译产物，需要用到哪些文件）
- 生成命令（生成该编译产物的命令）
比如，对象文件
foo.o
是一个编译产物，它的依赖项是
foo.c
，生成命令是
gcc -c foo.c
。对应的编译规则如下：
foo.o: foo.c
gcc -c foo.c
上面示例中，编译规则由两行组成。第一行首先是编译产物，冒号后面是它的依赖项，第二行则是生成命令。
注意，第二行的缩进必须使用 Tab 键，如果使用空格键会报错。
完整的配置文件 makefile 由多个编译规则组成，可能是下面的样子。
foo: foo.o bar.o
gcc -o foo foo.o bar.o
foo.o: bar.h foo.c
gcc -c foo.c
bar.o: bar.h bar.c
gcc -c bar.c
上面是 makefile 的一个示例文件。它包含三个编译规则，对应三个编译产物（
foo.o
、
bar.o
和
foo
），每个编译规则之间使用空行分隔。
有了 makefile，编译时，只要在 make 命令后面指定编译目标（编译产物的名字），就会自动调用对应的编译规则。
$ make foo.o