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0. 前言

想整理一篇头文件和库的文章，由来已久。

【我】平时写代码比较少；写代码也就一两百行，用不着头文件；用着头文件，头文件也是和源文件放在一个目录中，一点击编译，基本OK；终其原因，还是缺少一些机遇，写一个大一点规模的代码。怎一个懒字了得。

【我】但是偶尔也会遇到：查找系统头文件的源码，发现只能追踪到头文件；《跟我一起写makefile》中创建库；

那库和头文件有什么关系呢？我们如何自己创建库和头文件，并使用呢？

很巧的是，这两天我看到APUE中代码的编译过程。编译过程简单清晰，挺适合用来举例说明。

可以参考APUE-code3e 代码，也可以参考下面的代码；些许差别，不影响本质。

可以在线看代码 ,或者下载到本地查看。

git clone git@github.com:da1234cao/APUE.git
git log
git checkout bc045cc1fd353386a765988e3a794e7739a914fb 

代码结构如下所示：chpater01_UNIX的基础知识放置源文件；include放置头文件；lib放置库；各个Makefile层级编译代码；

下文涉及到的背景知识点如下表。

知识点	参考
makefile	《跟我一起写makefile》
源文件与头文件	《c语言程序设计现代方法》第十五章编写大规模程序
库的基本理解	C++静态库与动态库

1. 摘要

用示例展示头文件和静态库的创建和调用。我们先准备好需要的源代码，再组织Makefile的代码结构。理解Makefile的编译过程，即理解了头文件和库之间的关系。（就这么简单！）

2. 源代码

2.1 功能代码

查看指定目录下，有哪些文件。即，实现一个最简单的ls功能。

（我去下载了ls的源码，瞄了一眼，代码是有点相当长。）

代码中err_quit()和err_sys() 函数，在库中实现，使用#include "apue.h"声明 。

/*** 文件名：chpater01_UNIX的基础知识/ls.c* 功能：查看指定目录中，有哪些文件
*/#include "apue.h"
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>int main(int argc , char* argv[]){DIR *dp;struct dirent *dirp;if(argc!=2){err_quit("usage: ls directory_name");}if((dp = opendir(argv[1])) == NULL){err_sys("fail open %s",argv[1]);}while ( (dirp = readdir(dp)) != NULL){printf("%s\n",dirp->d_name);}closedir(dp);return 0;
}

2.2 头文件

头文件中定义了函数声明。

/*** 文件名：include/apue.h
*/#ifndef _APUE_H
#define _APUE_H#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdarg.h>
#include <errno.h>#define	MAXLINE	4096			/* max line length *//*** 作用：打印错误信息，并退出；* __attribute__((noreturn)): * 的作用告诉编译器这个函数不会返回给调用者，* 以便编译器在优化时去掉不必要的函数返回代码
*/
void err_quit(const char *fmt, ...) __attribute__((noreturn)) ;/*** 打印和系统调用的错误信息，并退出
*/
void err_sys(const char *fmt, ...);#endif

2.3 库函数

库函数包含具体实现代码。

#include "apue.h" //加上这个头文件，便于编译器检查apue.h中的原型和这里相匹配，static void err_doit(int errorflag,int error, const char *fmt, va_list ap);/*** 打印错误信息，并退出
*/
void err_quit(const char *fmt, ...){va_list ap;va_start(ap,fmt);err_doit(0,0,fmt,ap);va_end(ap);exit(1);
}/*** 打印和系统调用的错误信息，并退出
*/
void err_sys(const char *fmt, ...){va_list		ap;va_start(ap, fmt);err_doit(1, errno, fmt, ap);va_end(ap);exit(1);
}/*** static 函数，仅在该文件中可见* 打印错误信息
*/
static void err_doit(int errorflag,int error, const char *fmt, va_list ap){char buf[MAXLINE];vsnprintf(buf,MAXLINE-1,fmt,ap);if(errorflag){snprintf(buf+strlen(buf),MAXLINE-strlen(buf)-1,":%s",strerror(error));}strcat(buf,"\n");fflush(stdout);fputs(buf,stderr);fflush(NULL);
}

3. 编译过程

3.0 不用makefile

编译生成静态库：将.o文件打包，即生成了静态库。这里是库函数的具体实现。

# 先编译生成静态库
gcc -I../include -c error.c -o error.o
ar crv libapue.a error.o

编译源文件：指定头文件和静态库的位置。

头文件是为了导入库函数声明，静态库中是库函数的具体实现。

gcc -I../include ls.c -o ls  -L../lib -lapue

不用makefile编译比较麻烦，下面是makefile的实现。

3.1 第一层Makefile

ROOT ?= $(shell pwd)export CC=gcc
export LDFLAGS=
export LDDIR=-L$(ROOT)/lib
export LDLIBS=$(LDDIR) -lapue $(EXTRALIBS)
export LIBAPUE=$(ROOT)/lib/libapue.a
export CFLAGS=-I$(ROOT)/includeDIRS = lib chpater01_UNIX的基础知识all:for i in $(DIRS); do \(cd $$i && echo "cd and making $$i" && $(MAKE) ) || exit 1; \doneclean:for i in $(DIRS); do \(cd $$i && echo "cd and cleaning $$i" && $(MAKE) clean) || exit 1; \done

3.2 第二层Makefile：库的生成

LIBMISC	= libapue.a
OBJS   = error.oall:	$(LIBMISC)$(LIBMISC):	$(OBJS)ar crv $(LIBMISC) $?echo "make $(LIBMISC)"%.o : %.c$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@clean:rm -f *.o a.out $(LIBMISC)

3.3 第二层Makefile：源文件的编译

PROGS =	ls input_output shellall:	$(PROGS)%:	%.c $(LIBAPUE)$(CC) $(CFLAGS) $@.c -o $@ $(LDFLAGS) $(LDLIBS)clean:rm -f $(PROGS) *.o

4. 总结

是不是相当简单～

在源文件中导入头文件，gcc编译的时候，使用-I参数指定头文件的位置。头文件一般是函数的声明，数据结构等，当然也可以直接在头文件中定义和实现一个函数。

一般而言，头文件中声明函数，函数具体的实现放在另一个文件中。该文件也需要包含头文件，便于编译器检查函数原型和头文件相匹配。当有多个这样的文件的时候，我们可以使用ar打包方式生成库。使用-L参数指定库的位置。

头文件相当于库的大纲，库中是具体的代码实现。所以编译一个文件的时候，需要同时指定头文件和与头文件对应的库，从而将库函数的具体实现包含进来。

以上。