C 头文件

头文件是扩展名为 .h 的文件，包含了 C 函数声明和宏定义，被多个源文件中引用共享。有两种类型的头文件：程序员编写的头文件和编译器自带的头文件。

在程序中要使用头文件，需要使用 C 预处理指令 #include 来引用它。前面我们已经看过 stdio.h 头文件，它是编译器自带的头文件。

引用头文件相当于复制头文件的内容，但是我们不会直接在源文件中复制头文件的内容，因为这么做很容易出错，特别在程序是由多个源文件组成的时候。

A simple practice in C 或 C++ 程序中，建议把所有的常量、宏、系统全局变量和函数原型写在头文件中，在需要的时候随时引用这些头文件。

引用头文件的语法

使用预处理指令 #include 可以引用用户和系统头文件。它的形式有以下两种：

#include <file>

这种形式用于引用系统头文件。它在系统目录的标准列表中搜索名为 file 的文件。在编译源代码时，您可以通过 -I 选项把目录前置在该列表前。

#include "file"

这种形式用于引用用户头文件。它在包含当前文件的目录中搜索名为 file 的文件。在编译源代码时，您可以通过 -I 选项把目录前置在该列表前。

引用头文件的操作

#include 指令会指示 C 预处理器浏览指定的文件作为输入。预处理器的输出包含了已经生成的输出，被引用文件生成的输出以及 #include 指令之后的文本输出。例如，如果您有一个头文件 header.h，如下：

char *test (void);

和一个使用了头文件的主程序 program.c，如下：

int x;
#include "header.h"

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

编译器会看到如下的代码信息：

int x;
char *test (void);

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

只引用一次头文件

如果一个头文件被引用两次，编译器会处理两次头文件的内容，这将产生错误。为了防止这种情况，标准的做法是把文件的整个内容放在条件编译语句中，如下：

#ifndef HEADER_FILE
#define HEADER_FILE

the entire header file file

#endif

这种结构就是通常所说的包装器 #ifndef。当再次引用头文件时，条件为假，因为 HEADER_FILE 已定义。此时，预处理器会跳过文件的整个内容，编译器会忽略它。

有条件引用

有时需要从多个不同的头文件中选择一个引用到程序中。例如，需要指定在不同的操作系统上使用的配置参数。您可以通过一系列条件来实现这点，如下：

#if SYSTEM_1
   # include "system_1.h"
#elif SYSTEM_2
   # include "system_2.h"
#elif SYSTEM_3
   ...
#endif

但是如果头文件比较多的时候，这么做是很不妥当的，预处理器使用宏来定义头文件的名称。这就是所谓的有条件引用。它不是用头文件的名称作为 #include 的直接参数，您只需要使用宏名称代替即可：

 #define SYSTEM_H "system_1.h"
 ...
 #include SYSTEM_H

SYSTEM_H 会扩展，预处理器会查找 system_1.h，就像 #include 最初编写的那样。SYSTEM_H 可通过 -D 选项被您的 Makefile 定义。

标准库头文件

C 标准库头文件（Standard Library Header Files）是由 ANSI C（也称为 C89/C90）和 ISO C（C99 和 C11）标准定义的一组头文件，这些头文件提供了大量的函数、宏和类型定义，用于处理输入输出、字符串操作、数学计算、内存管理等常见的编程任务。

以下是一些常见的 C 标准库头文件及其功能简介：

头文件 功能简介
<stdio.h> 标准输入输出库，包含 printf、scanf 等函数
<stdlib.h> 标准库函数，包含内存分配、程序控制等函数
<string.h> 字符串操作函数，如 strlen、strcpy 等
<math.h> 数学函数库，如 sin、cos、sqrt 等
<time.h> 时间和日期函数，如 time、strftime 等
<ctype.h> 字符处理函数，如 isalpha、isdigit 等
<limits.h> 定义各种类型的限制值，如 INT_MAX 等
<float.h> 定义浮点类型的限制值，如 FLT_MAX 等
<assert.h> 断言宏 assert，用于调试检查
<errno.h> 定义错误码变量 errno 及相关宏
<stddef.h> 定义通用类型和宏，如 size_t、NULL 等
<signal.h> 处理信号的函数和宏，如 signal 等
<setjmp.h> 提供非本地跳转功能的宏和函数
<locale.h> 地域化相关的函数和宏，如 setlocale 等