本文学习编译器在预处理过程中对头文件的处理。Hightec编译器版本是tricore v4.9.1.0。博主在<基于模型的设计>板块就经常提到头文件，本文会从编译器的角度对头文件进行学习。

1 Include语法

头文件一般包含C语言的声明和宏定义。在C语言源文件中，通常在最上面用#include指令调用，俗称为包含某个头文件。

头文件一般分为系统头文件和用户头文件。

• 系统头文件通常是用来调用系统库，在#include后面要用尖括号。

#include 
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• 用户头文件中通常是函数、全局变量的外部声明， 宏定义，结构体定义，类型定义等。用户头文件起到了一个接口的作用，将不同的独立C文件通过头文件联系起来。用户头文件在#include后面要用引号。

#include "file"
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2 编译器对Include的处理

调用编译器对某个C源文件进行预处理时，如果编译器看到了#include指令，就会先扫描一下#include后的头文件，然后把头文件展开到#include指令的位置。

为了直观地体会到这个过程，可以自己创建一些文件，然后调用编译器进行预处理。

1）首先，创建一个 header.h 头文件如下；

在这个头文件中对test函数进行了外部声明。

2）然后再建立一个program.c文件，如下；

在C文件中显示定义了一个变量x，然后包含了header.h这个头文件，然后定义了test2函数。

3）通过如下命令行调用编译器，对当前目录下地 program.c 代码进行预处理。

tricore-gcc -E program.c -o program.i
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4）在生成的.i文件中，可以看到 header.h 头文件的内容被插入到了 program.c 源文件中；

另外，头文件中也可以嵌套包含头文件，这样的话就会一层一层地展开。

3 头文件的搜索路径

上一章是把头文件和源文件放在了一个路径下，通过编译器进行预处理。如果不特别地指出，编译器会在几个安装路径下和当前路径搜索头文件。如果要指定搜索头文件的路径，可以用 -I 参数指明.

例如，把头文件放在inc文件夹中，如下：

这样的话，命令行就要写成下面的样子。

tricore-gcc -E program.c -o program.i -I ./inc
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如果不加 -I 参数，编译器会报出找不到头文件的错误，如下图。

所以工作中如果看到了这种错误，就要考虑是头文件没加到路径中，还是路径没加到命令行中。

4 只加载一次头文件

4.1 问题

实际项目中会有大量地头文件嵌套，一不小心就会重复包含了头文件。重复包含头文件会有两个问题：一方面如果头文件中有结构体定义，在编译的阶段会报错（预处理过程是不会报错的）；另一方面，就算没有重复定义的报错，重复加载也会浪费时间。

对于结构体重复定义的报错，可以自己复现出来。

1）首先把第2章中的头文件稍作修改，定义一个结构体。

2）然后在C文件中包含两次该头文件。

3）再通过命令行调用编译器，对源文件进行预处理。注意这里没有 -E 参数，因为结构体重复定义是在编译过程中报错。

tricore-gcc program.c -o program.i
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如上图中，指明了struct1这个结构体类型重复定义了。

4.2 通过条件编译只加载一次头文件

有一种标准的方法解决上述问题，就是将源文件的整个内容包含在条件编译中，范例如下：

/* File foo. */
#ifndef FILE_FOO_SEEN
#define FILE_FOO_SEEN

the entire file

#endif /* !FILE_FOO_SEEN */
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6
7

其中 #ifndef 表示如果后面的宏没有被定义，则执行下面到#endif之前的内容。当头文件第一次被包含的时候，还没有定义 FILE_FOO_SEEN 这个宏，就会先定义这个宏，扫描头文件的内容（也就是上述范例的 the entire file）然后展开到源文件中；当头文件第二次被包含的时候，由于第一次定义了这个宏，所以就直接跳到 #endif 了，也就不会再加载一次了。

对4.1中的源文件做预处理，就可以看到对比结果。

1）当没有用条件编译的时候，预处理后会把结构体类型的定义加载两次，也就导致了后面编译过程的报错。

2）在头文件中加上条件编译如下。

然后再进行一次预处理，输出的i文件如下图。这样就只有一个结构体定义了。

5 总结

本文研究了预处理过程中对头文件的处理，有助于理解头文件的作用。

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