能否用痰盂盛饭——谈谈在头文件中定义外部变量

  　“能否用痰盂盛饭”并非是一个技术问题，而是一个哲学问题。
　　哲学问题没有标准答案，只存在不同的选择。
　　有一种观点认为，痰盂可以盛饭。理由是只要不漏能把饭吃到嘴里就行。我看这个理由任何人都无法反驳。
　　另有一种观点认为，痰盂是用来吐痰的，不可以用来盛饭。他们觉得用痰盂盛饭是一种不可理喻的行为。然而这种看法可能会被“痰盂派”视为一种不必要的洁癖。

　　C语言中也有类似的“痰盂”问题：

　　头文件除了可以包含函数原型和宏定义外，也可以包括结构体类型定义和全局变量定义。
　　　　————谭浩强，《C程序设计》（第四版）学习辅导，清华大学出版社，2010年7月，p188

　　在头文件中究竟能否定义外部变量呢？这个问题同样有两种选择。
　　“痰盂派”会认为可以。比如
　　在 abnormal.h 中写

int e_v = 1 ;

　　然后在abnormal.c中写

#include "abnormal.h"
#include <stdio.h>
int main(void)
{
  printf("%d\n",e_v);
  return 0;
}

　　没有人会说这段源程序有什么语法问题，它也没有违背C语言的任何规定。就像痰盂可以用于盛饭是一个道理。
　　但是，“非痰盂派”会觉得这段源程序透着一种莫名其妙的诡异：既然定义变量e_v是为了在abnormal.c中使用，那么把这个变量定义在abnormal.c中显然最直接也最便利，为什么要舍近求远地把它定义到abnormal.h文件中呢？
　　在“非痰盂派”的眼中，“*.h”文件不是用来写变量定义的，就如痰盂不是用来盛饭的一样。那么“*.h”文件是做什么用的呢？
　　首先来看最简单的情况

#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main(void)
{
  printf("%f\n",sqrt( 9.0 ));
  return 0;
}

 　　在这段代码中，出现了printf和sqrt这样两个标识符，由于编译器在编译时不认得这两个标识符，所以需要告诉编译器这两个标识符的含义。这就是代码前面两条预处理命令

#include <stdio.h>
#include <math.h>

的意义。这两个头文件中分别包含printf和sqrt这样两个标识符的类型声明。只有告诉了编译器这两个标识符的含义，编译器才能把它正确地编译成目标文件（*.obj或*.o）。（如果函数返回值类型为int可不声明，但这是一种落后的、逐渐被淘汰的风格）
　　所以“*.h”文件的一个基本功能就是提供函数类型声明。
　　另外要注意到的一点是，stdio.h、math.h是由库函数作者提供的，相当于给其他模块提供了一个使用“说明书”，使用库函数的模块用这个“说明书”向编译器说明自己所用到的在其他模块定义的函数名的数据类型。
　　下面举例进一步说明。
　　假设一个源程序由两个*.c源文件组成，第一个*.c提供求两个double类型数据和的函数，第二个使用这个函数。那么，第一个*.c文件的作者仅仅写出
　　1.c

double add(double d1,double d2)
{
  return d1 + d2 ；
}

 

是远远不够的，因为这个1.c虽然可以编译目标文件（*.obj或*.o）以供连接时使用，但是在链接之前，2.c文件在编译时还需要告诉编译器add这个标识符的含义，否则无法正确地编译出与之相应的目标文件。为此，第一个*.c文件的作者还应该给出一个“说明书”——*.h文件
　　1.h

double add(double,double);

 　　2.c文件可以写为

#include "1.h"
int main(void)
{
  printf("%f\n",add(3.0,4.0));
  return 0;
}

　　这样就解决了第二个*.c文件的编译问题（add得到了说明）。
　　需要说明的是，在很多情况下1.c自己也往往需要包含这个1.h文件，因为这个1.c中可能有其他函数也需要调用这个add()函数，因而也需要这个函数类型声明。所以一般1.c写为
　　1.c

#include "1.h"
double add(double d1,double d2)
{
  return d1 + d2 ；
}

 　　再来看*.h文件中出现数据类型声明的情况。
　　假设在1.c中使用了一种新的用户定义的数据类型（不一定是“结构体类型”），例如

typedef double DOUBLE;

　　这时通常也应该把该数据类型的声明写在“*.h"文件中提供给其他模块，除非这个类型仅仅在1.c中使用。
　　这时的1.h应该为
　　1.h

typedef double DOUBLE;
DOUBLE add(DOUBLE,DOUBLE);

 　　这时的1.c为
　　1.c

#include "1.h"
DOUBLE add(DOUBLE d1,DOUBLE d2)
{
  return d1 + d2 ；
}

 　　而2.c则为

#include "1.h"
int main(void)
{
  DOUBLE d1=3.0,d2=4.0;
  printf("%f\n",add(d1,d2));
  return 0;
}

 　　在这里共有两处用到了DOUBLE类型，一次是定义d1,d2这两个变量，另一次是调用add()函数。由于在1.h中这种类型已经得到了声明，所以这段代码可以顺利通过编译。
　　除了函数类型声明、数据类型声明出现在*.h文件中，宏定义也可能出现在*.h中。
　　如果1.c和2.c都需要一个共同的常数，把这常数作为一个符号常量写在1.h中，显然可以避免你写你的、我写我的，从而造成大家不协调一致的错误。因为这时大家都是在参照着同一个常数（宏）在写代码。
　　但是，如果把外部变量的定义写在*.h中会出现什么情况呢？很显然，会出现在1.c和2.c中两次定义这个外部变量的情况，这是绝对不允许的。这就是“非痰盂派”认为在头文件中不可以写外部变量定义的理由。