Директива #include
Директива #include дает указание компилятору читать еще один исходный файл — в дополнение к тому файлу, в котором находится сама эта директива. Имя исходного файла должно быть заключено в двойные кавычки или в угловые скобки. Например, обе директивы
дают компилятору указание читать и компилировать заголовок для библиотечных функций системы ввода/вывода.
Файлы, имена которых находятся в директивах #include , могут в свою очередь содержать другие директивы #include . Они называются вложенными директивами #include. Количество допустимых уровней вложенности у разных компиляторов может быть разным. Однако в стандарте С89 предусмотрено, что компиляторы должны допускать не менее 8 таких уровней. А в стандарте С99 предусмотрена поддержка не менее 15 уровней вложенности.
Способ поиска файла зависит от того, заключено ли его имя в двойные кавычки или же в угловые скобки. Если имя заключено в угловые скобки, то поиск файла проводится тем способом, который определен в компиляторе. Часто это означает поиск определенного каталога, специально предназначенного для хранения таких файлов. Если имя заключено в кавычки, то поиск файла проводится другим способом. Во многих компиляторах это означает поиск файла в текущем рабочем каталоге. Если же файл не найден, то поиск повторяется уже так, как будто имя файла заключено в угловые скобки.
Обычно большинство программистов имена стандартных заголовочных файлов заключают в угловые скобки. А использование кавычек обычно приберегается для имен специальных файлов, относящихся к конкретной программе. Впрочем, твердого и простого правила, по которому кавычки требуется использовать именно таким образом, не существует.
В С-программе директиву #include можно использовать не только для указания имени файла, содержащего обычный исходный текст программы, но и для указания заголовка. В языке С определен набор стандартных заголовков, содержащих необходимую информацию о различных библиотеках этого языка. Заголовок — это стандартный идентификатор, который может соответствовать имени файла, а может и не соответствовать ему. Таким образом, заголовок является просто абстракцией, которая гарантирует наличие некоторой информации. Однако на практике в языке С заголовки почти всегда являются именами файлов. Содержание | <<< | >>>
C/C++ #include directive with Examples
#include is a way of including a standard or user-defined file in the program and is mostly written at the beginning of any C/C++ program. The #include preprocessor directive is read by the preprocessor and instructs it to insert the contents of a user-defined or system header file in our C/C++ program. These files are mainly imported from outside header files.
The process of importing such files that might be system-defined or user-defined is known as File Inclusion. This preprocessor directive tells the compiler to include a file in the source code program.
Types of Header Files
There are two types of files that can be included using #include:
1. Pre-Existing Header Files: The pre-existing header files come bundled with the compiler and reside in the standard system file directory. This file contains C/C++ standard library function declarations and macro definitions to be shared between several source files. Functions like the printf(), scanf(), cout, cin, and various other input-output or other standard functions are contained within different Pre-Existing header files.
2. User-Defined Header Files: These files resemble the header files, except for the fact that they are written and defined by the user itself. This saves the user from writing a particular function multiple times.
Syntax of #include
There are two variations of how we can use #include in our C/C++ program.
1. Including using <>
It is mainly used to access pre-existing system header files located in the standard system directories.
While importing a file using angular brackets(<>), the preprocessor uses a predetermined directory path to access the file.
2. Including using ” “
This type is mainly used to access any header files of the user’s program or user-defined files.
When using the double quotes(” “), the preprocessor accesses the current directory in which the source “header_file” is located or the standard system directories.
To import the user-defined header file using #include, the file should be in a directory path relative to your C source file otherwise, the preprocessor will begin search for it in the standard system directory.
За что отвечает директива include
Подключаемый файл это файл, содержащий определения функций и переменных, а также макроопределения вместе с некоторыми исходными файлами. Для использования в программе подключаемых файлов применяется директива препроцессора ‘#include’.
- Системные подключаемые файлы используются для определения интерфейсов к составляющим операционной системы. Они подключаются для предоставления объявлений и определений, требуемых для работы с системными вызовами и библиотеками.
- Подключаемые файлы пользователя содержат определения для интерфейсов между исходными файлами программы.
Обычно подключаемые файлы заканчиваются на ‘.h’ и следует избегать использования других стандартов.
Как файлы пользователя, так и системные файлы включаются в программу с использованием директивы препроцессора ‘#include’. Она имеет три модификации:
Синтаксис такой модификации директивы ‘#include’ довольно специфичен, потому как комментарии внутри ‘<. >’ не распознаются. Поэтому в строке ‘#include *y>’ последовательность символов ‘*’ не начинает комментарий, а указанная директива включает в программу файл с именем ‘x/*y’.
Аргумент FILE не может содержать символа ‘>’, хотя он может содержать символ ‘<‘.
Аргумент FILE не может содержать символов ‘»‘. Символы backslash интерпретируются как отдельные символы, а не начало escape последовательности. Таким образом, директива ‘#include «x\n\\y»‘ указывает имя файла, содержащего три символа backslash.
Эта возможность позволяет определять макросы, что дает возможность изменять имена подключаемых файлов. Эта возможность, например, используется при переносе программ с одной операционной системы на другие, где требуются разные подключаемые файлы.
Директива ‘#include’ указывает С препроцессору обработать указанный файл перед обработкой оставшейся части текущего файла. Информация, выдаваемая препроцессором, содержит уже полученные данные, за которыми следуют данные, получаемые при обработке подключаемого файла, а за которыми, в свою очередь, следуют данные, получаемые при обработке текста, следующего после директивы ‘#include’. Например, дан следующий подключаемый файл ‘header.h’:
Подключаемый файл может содержать начало или окончание сиснтаксической конструкции, такой как определение функции.
Срока, следующая за директивой ‘#include’ всегда является пустой и добавляется С препроцессором даже если подключаемый файл не содержит завершающий символ перевода строки.
Часто случается, что подключаемый файл включает в себя другой файл. Это может привести к тому, что отдельный файл будет подключаться неоднократно, что может привести к возникновению ошибок, если файл определяет типы структур или определения типов. Поэтому следует избегать многократного подключения файлов.
Обычно это достигается путем заключения в условие всего содержимого этого файла, как показано ниже:
Препроцессор GNU C построен таким образом, что обработке подключаемого файла он проверяет наличие определенных конструкций и наиболее рационально их обрабатывает. Препроцессор специально отмечает полное вложение файла в условие ‘#ifndef’. Если в подключаемом файле содержится директива ‘#include’, указывающая на обрабатываемый файл, или макрос в директиве ‘#ifndef’ уже определен, то обрабатываемый файл полностью игнорируется.
Существует также специальная директива, указывающая препроцессору, что файл должен быть включен не более одного раза. Эта директива называется ‘#pragma once’. Она использовалась в дополнение к директиве ‘#ifndef’ и в настоящее время она устарела и не должна прменяться.
В объектно ориентированном языке С существует модификация директивы ‘#include’, называемая ‘#import’, которая используется для вкючения файла не более одного раза. При использовании директивы ‘#import’ вместо ‘#include’ не требуется наличия условных оборотов для предотвращения многократной обработки файла.
«Наследование» это то, что происходит, когда какой либо объект или файл образует некоторую часть своего содержимого путем виртуального копирования из другого объекта или файла. В случае подключаемых С файлов наследование означает, что один файл включает другой файл, а затем заменяет или добавляет что-либо.
Если наследуемый подключаемый файл и основной подключаемый файл имеют различные имена, то такое наследование называется прямым. При этом используется конструкция ‘#include «BASE»‘ в наследуемом файле.
Иногда необходимо чтобы у наследуемого и основного подключаемого файла были одинаковые имена.
Например, предположим, что прикладная программа использует системный подключаемый файл ‘sys/signal.h’, но версия файла ‘/usr/include/sys/signal.h’ на данной системе выполняет того, что требуется в прикладной программе. Будет удобнее определить локальную версию, возможно с именем ‘/usr/local/include/sys/signal.h’ для замены или добавления к версии, поставляемой с системой.
Это можно выполнить с применением опции ‘-I.’ при компиляции, а также созданием файла ‘sys/signal.h’ который выполняет требуемые программе функции. Но сделать так, чтобы этот файл включал стандартный файл ‘sys/signal.h’ не так просто. При включении строки ‘#include <sys/signal.h>’ в этот файл произойдет подключение новой версии файла, а не стандартной системной версии. Это приведет к рекурсии и ошибке при компиляции.
При использовании директивы `#include </usr/include/sys/signal.h>’ нужный файл будет найден, но этот способ является не эфективным, так как содержит полный путь к системному файлу. Это может отразиться на содержании системы, так как это означает, что любые изменения местоположения системных файлов потребуют дополнительных изменений где-либо еще.
Более эффективным решением этой проблемы является применение директивы ‘#include_next’, которая используется для подключения следующего файла с таким же именем. Эта директива функционирует также как и директива ‘#include’ за исключением поиска требуемого файла. Она начинает поиск списка каталогов подключаемых файлов после каталога, где был найден текущий файл.
Препроцессор
Препроцессор является обязательным компонентом компилятора языка Си. Вообще весь процесс компиляции программы на языке Си разбивается на три этапа:
Препроцессор обрабатывает исходный текст программы до ее непосредственной компиляции. Результатом работы препроцессора является полный текст программы, который передается на компиляцию в исполняемый файл.
Затем компилятор компилирует обработанный препроцессором исходный код в объектные файлы.
И на последнем этапе линкер (линковщик) объединяет (линкует) объектные файлы в один исполняемый файл или файл динамической библиотеки.
Для управления препроцессором применяются директивы, каждая из которых начинается с символа решетки # и располагается на отдельной строке. Препроцессор просматривает текст программы, находит эти директивы и должным образом обрабатывает их.
Мы можем использовать следующие директивы:
#define : определяет макрос или препроцессорный идентификатор
#undef : отменяет определение макроса или идентификатора
#ifdef : проверяет, определен ли идентификатор
#ifndef : проверяет неопределенности идентификатор
#include : включает текст из файла
#if : проверяет условие выражение (как условная конструкция if)
#else : задает альтернативное условие для #if
#endif : окончание условной директивы #if
#elif : задает альтернативное условие для #if
#line : меняет номер следующей ниже строки
#error : формирует текст сообщения об ошибке трансляции
#pragma : определяет действия, которые зависят от конкретной реализации компилятора
# : пустая директива, по сути ничего не делает
Рассмотрим основные из этих директив.
Директива #include. Включение файлов
Ранее уже использовалась директива #include . Эта директива подключает в исходный текст файлы. Она имеет следующие формы применения:
Например, если нам надо задействовать в приложении консольный ввод-вывод с помощью функций printf() или scanf() , то нам надо подключить файл «stdio.h», который содержит определение этих функций:
При выполнении этой директивы препроцессор вставляет текст файла stdio.h . Данный файл еще называется заголовочным. Заголовочные файлы содержат прототипы функций, определения и описания типов и констант и имеют расширение .h .
Поиск файла производится стандартных системных каталогах. Вообще есть стандартный набор встроенных заголовочных файлов, который определяется стандартом языка и которые мы можем использовать:
assert.h : отвечает за диагностику программ
complex.h : для работы с комплексными числами
ctype.h : отвечает за преобразование и проверку символов
errno.h : отвечает за проверку ошибок
fenv.h : для доступа к окружению, которое управляет операциями с числами с плавающей точкой
float.h : отвечает за работу с числами с плавающей точкой
inttypes.h : для работы с большими целыми числами
iso646.h : содержит ряд определений, которые расширяют ряд логических операций
limits.h : содержит предельные значения целочисленных типов
locale.h : отвечает за работу с локальной культурой
math.h : для работы с математическими выражениями
setjmp.h : определяет возможности нелокальных переходов
signal.h : для обработки исключительных ситуаций
stdalign.h : для выравнивания типов
stdarg.h : обеспечивает поддержку переменного числа параметров
stdatomic.h : для выполнения атомарных операций по разделяемым данным между потоками
stdbool.h : для работы с типом _Bool
stddef.h : содержит ряд вспомогательных определений
stdint.h : для работы с целыми числами
stdio.h : для работы со средствами ввода-вывода
stdlib.h : содержит определения и прототипы функций общего пользования
stdnoreturn.h : содержит макрос noreturn
string.h : для работы со строками
tgmath.h : подключает math.h и complex.h плюс добавляет дополнительные возможности по работе с математическими вычислениями
threads.h : для работы с потоками
time.h : для работы с датами и временем
uchar.h : для работы с символами в кодировке Unicode
wchar.h : для работы с символами
wctype.h : содержит дополнительные возможности для работы с символами
Однако стоит отметить, что в различных средах к этому набору могут добавляться дополнительные встроенные заголовочные файлы для тех или иных целей, например, для работы с графикой.
Определение заголовочных файлов
Кроме стандартных заголовочных файлов мы можем подключать и свои файлы. Например, в той же папке, где находиться главный файл программы, определим еще один файл, который назовем numbers.c .
Определим в нем следующий код:
Здесь просто определена одна переменная. Теперь подключим этот файл в главный файл программы, который, допустим, называется app.c :
При подключении своих файлов их имя указывается в кавычках. И несмотря на то, что в программе не определена переменная number, она будет браться из подключенного файла numbers.c . Но опять же отмечу, важно, что в данном случае файл numbers.c располагается в одной папке с главным файлов программы.
Определение заголовочных файлов
В то же время данный способ прекрасно работает в GCC. Но для разных сред программирования способ подключения файлов может отличаться. Например, в Visual Studio мы получим ошибку. И более правильный подход будет состоять в том, что определить объявление объекта (переменной/константы) или функции в дополнительном заголовочном файле, а определение объекта или функции поместить в стандартный файл с расширением .c .
Например, в нашем в файле numbers.c уже есть определение переменной number. Теперь в ту же папку добавим новый файл numbers.h — файл с тем же названием, но другим расширением.
И определим в numbers.h следующий код:
Ключевое слово extern указывает, что данный объект является внешним. И в этом случае мы могли бы его подключить в файл исходного кода:
Далее чтобы скомпилировать эту программу, передадим компилятору GCC оба файла с исходным кодом — app.c и numbers.c :
Компилятору передаются файлы через пробел и компилируются в один исполняемый файл.
Примечание для Visual Studio
Если разработка ведется в Visual Studio , то не надо подключать файл с исходным кодом ( numbers.c ), однако чтобы Visual Studio видела функционал файла в процессе разработки, может потребоваться подключить заголовочный файл ( numbers.h ). При этом заголовочный файл numbers.h помещается в папку Headers Files .