C语言的头文件是必须的吗？使用了未声明的函数会怎么样？

缺乏、安全感 2022-12-27 02:12 231阅读 0赞

N年前学习C语言开始，就被老师教导，要记得包含头文件。自己也养成了二话不说就\#include的习惯。从来没有静下信来想想，C语言必需要有头文件吗？头文件到底起到什么的作用。

最近一段时间做了一些静态库和动态库相关的东西，一些内容在上一篇博文中，阅读上一篇博文的看官可以看出，我的静态库和动态库都没有对应的头文件，可是我的应用程序调用了库，没有包含头文件，一样是正常地编译执行。意识到这个问题的时候，我还有一阵恐慌，不知道怎么解释这个现象。因为我们常规都会包含头文件，比如调用多线程库，都会 \#include 。

对于这个问题，我又做了一些实验算是把这个问题有个初步的理解。当然这个题目起的有点标题党，这么大的题目不是我这种菜鸟能够驾驭的了的，但是我还是想把自己的理解说以下，欢迎各位路过的高手批评指点。

我写了一个测试程序，里面没有包含任何的头文件。

1.      int f()
        {
                while(1)
                {
                        printf("hello\n");
                        sleep(5);
                }
        }
        
        
        int main()
        {
                creat("testfile",0777);
                // printf("hello world\n");
                unsigned long tid = 0;
                int ret = pthread_create(&tid,0,&f,0);
                if(ret)
                {
                        printf("pthread_create failed \n");
                }
                else
                {
                        printf("tid = %lu\n",tid);
                        pthread_join(tid,0);
                }
        
        
                return 0;
        }

这个测试程序中调用了printf,sleep,creat，pthread\_create,he pthread\_join,按照惯例，我们是需要头文件的，需要的头文件如下：

1.      //for printf
        #include<stdio>
        
        // for sleep
        #include<unistd.h>
        
        //for create
        #include <sys/types.h>
        #include <sys/stat.h>
        #include <fcntl.h>
        
        //for pthread_create ,pthread_join
        #include <pthread.h>

现在我们观察，能否编译通过：

1.  root@libin:~/program/C/testlib/head\# gcc -o test test.c
2.  test.c: In function ‘f’:
3.  test.c:6: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
4.  test.c: In function ‘main’:
5.  test.c:20: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
6.  test.c:24: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
7.  /tmp/cc2Rt0UO.o: In function \`main':
8.  test.c:(.text+0x65): undefined reference to \`pthread\_create'
9.  test.c:(.text+0xa6): undefined reference to \`pthread\_join'
10. collect2: ld returned 1 exit status

这是预料之中的事情，因为，没有找到pthread\_create 和pthread\_join两个函数的定义。这是因为链接时，没有指定libpthread.so。加上-lpthread自然能够编过。 有的看官就问了，为什么creat sleep 和printf为什么不报找不到函数定义。那是因为这些函数都在libc库中，而libc库不需要显式指定，默认就包换了libc的动态库。

1.  root@libin:~/program/C/testlib/head\# ll
2.  总用量 12
3.  drwxr-xr-x 2 root root 4096 2012-07-28 10:41 ./
4.  drwxr-xr-x 5 root root 4096 2012-07-27 19:05 ../
5.  \-rw-r--r-- 1 root root 405 2012-07-28 10:40 test.c
6.  root@libin:~/program/C/testlib/head\# gcc -Wall -o test test.c -lpthread
7.  test.c: In function ‘f’:
8.  test.c:6: warning: implicit declaration of function ‘printf’
9.  test.c:6: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
10. test.c:7: warning: implicit declaration of function ‘sleep’
11. test.c: In function ‘main’:
12. test.c:14: warning: implicit declaration of function ‘creat’
13. test.c:17: warning: implicit declaration of function ‘pthread\_create’
14. test.c:20: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
15. test.c:24: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
16. test.c:25: warning: implicit declaration of function ‘pthread\_join’
17. root@libin:~/program/C/testlib/head\# ll
18. 总用量 20
19. drwxr-xr-x 2 root root 4096 2012-07-28 10:41 ./
20. drwxr-xr-x 5 root root 4096 2012-07-27 19:05 ../
21. \-rwxr-xr-x 1 root root 7394 2012-07-28 10:41 test\*
22. \-rw-r--r-- 1 root root 405 2012-07-28 10:40 test.c
23. root@libin:~/program/C/testlib/head\# ./test
24. tid = 3077905264
25. hello
26. hello

有一些警告，但是毕竟编出了可执行文件test，并能够正确的执行。

我们的实验做完了，没有包含任何头文件，我想做的事情，动态库也帮我做了。这个实验就证明了，头文件并不是必不可少的，没有头文件，只要你清楚函数调用的接口，清楚需要包含那个库，一样可以做你想做的事情。

很颠覆常规是吧，既然没有头文件，我也能干事，头文件存在还有什么意义呢？

我们想一下，如果我写了一个功能很强大的库，（静态库或者动态库，whatever），完全没有头文件，因为函数通通是我写的，我很清楚每个函数的入参个数 类型及返回值，清楚每个函数的功能，所以我可以不需要头文件。但是如果另外一个人来用我的库文件，他就会很挠头，因为没有头文件，他不知道我库里面有那些函数，每个函数入参 个数类型以及返回值。他就没法调用我的库做想做的事情。从这个角度上讲，头文件是描述性的文件，它不涉及功能的实现，就好像一本书，没有任何的目录和章节名，也是OK的，但是读者读起来就很不方便。

除了这一点，我还想到了一点，就是让编译器帮我们做必要的检查。编译器的功能是很强大的，他能帮你做很多的事情。如果你没有包含头文件，函数调用错了，编译器也帮不了你。看下面的例子：

我将sleep函数调用多加了个参数，pthread\_create函数少传了个参数，因为我没有头文件，所以编译器帮不了什么。

1.      int f()
        {
                while(1)
                {
                        printf("hello\n");
                        sleep(5,4);
                }
        }
        
        
        int main()
        {
                creat("testfile",0777);
                // printf("hello world\n");
                unsigned long tid = 0;
                int ret = pthread_create(&tid,0,&f);
                if(ret)
                {
                        printf("pthread_create failed \n");
                }
                else
                {
                        printf("tid = %lu\n",tid);
                        pthread_join(tid,0);
                }
        
        
                return 0;
        }

1.  root@libin:~/program/C/testlib/head\# gcc -Wall -o test test.c -lpthread
2.  test.c: In function ‘f’:
3.  test.c:6: warning: implicit declaration of function ‘printf’
4.  test.c:6: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
5.  test.c:7: warning: implicit declaration of function ‘sleep’
6.  test.c: In function ‘main’:
7.  test.c:14: warning: implicit declaration of function ‘creat’
8.  test.c:17: warning: implicit declaration of function ‘pthread\_create’
9.  test.c:20: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
10. test.c:24: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
11. test.c:25: warning: implicit declaration of function ‘pthread\_join’

看到了，编译器gcc爱莫能助，发现不了sleep多了个参数，pthread\_create少个参数。这种情况下还是能运行。

1.  root@libin:~/program/C/testlib/head\# ./test
2.  tid = 3079175024
3.  hello
4.  hello
5.  hello
6.  hello
7.  hello
8.  hello
9.  hello

这种情况是很危险的，因为会破坏栈空间，有可能将栈空间踩坏。但是如果我包含了头文件，就不同了，编译器会帮我检查。

1.      #include<unistd.h>
        #include<pthread.h>
        
        int f()
        {
                while(1)
                {
                        printf("hello\n");
                        sleep(5,4);
                }
        }
        
        
        int main()
        {
                creat("testfile",0777);
                // printf("hello world\n");
                unsigned long tid = 0;
                int ret = pthread_create(&tid,0,&f);
                if(ret)
                {
                        printf("pthread_create failed \n");
                }
                else
                {
                        printf("tid = %lu\n",tid);
                        pthread_join(tid,0);
                }
        
        
                return 0;
        }

看下编译情况：

1.  root@libin:~/program/C/testlib/head\# ll
2.  总用量 12
3.  drwxr-xr-x 2 root root 4096 2012-07-28 10:51 ./
4.  drwxr-xr-x 5 root root 4096 2012-07-27 19:05 ../
5.  \-rw-r--r-- 1 root root 444 2012-07-28 10:51 test.c
6.  root@libin:~/program/C/testlib/head\# gcc -Wall -o test test.c -lpthread
7.  test.c: In function ‘f’:
8.  test.c:8: warning: implicit declaration of function ‘printf’
9.  test.c:8: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
10. test.c:9: error: too many arguments to function ‘sleep’
11. test.c: In function ‘main’:
12. test.c:16: warning: implicit declaration of function ‘creat’
13. test.c:19: warning: passing argument 3 of ‘pthread\_create’ from incompatible pointer type
14. /usr/include/pthread.h:227: note: expected ‘void \* (\*)(void \*)’ but argument is of type ‘int (\*)()’
15. test.c:19: error: too few arguments to function ‘pthread\_create’
16. test.c:22: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
17. test.c:26: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’

有种观点是这样的，如果你的程序可能崩溃，请让它在第一时间第一现场崩溃，这样调试的代价比较低，方便troubleshooting，如果程序已经走到了背离预想轨道的分支，但是还有办法不让程序崩溃，请不要做这种事情，因为，早就背离了轨道，你不去检查，硬让程序继续走下去，如果终于崩溃了，你找不到这个第一现场，你很难调试。

编译检查也是这样，对自己的代码严格检查，让它编译不过也比编译过了埋下隐患要好的多。因为越往后面，troubleshooting的代价也就越大。

参考文献：

1 百度百科 头文件词条