C++中头文件的概念与基本编写方法
作者：ywbab
1 标准库中的头文件
C++标准库中的一切内容都被放在名字空间std中（名字空间中的内容对外是不可见的），但是带来了一个新问题，无数现有的C++代码都依赖于使用了多年的伪标准库中的功能，如声明在<iostream.h>等头文件中的功能，使用std包装标准库导致现有代码的不可用，为了兼容这种情况，标准委员会为包装了std的那部分标准库创建了新的头文件，新的头文件的文件名与旧的一样，只是没有.h这个后缀，如<iostream.h>就变成了<iostream>。对于C头文件，采用同样的方法，但还在每个头文件名前加了字符c，如<string.h>就变成了<cstring>，<stdio.h>变成了<cstdio>。最好使用新的文件头，使用新的文件头的C++程序，需要使用using namespace std或者using namespace std::指定的类名，等方法来使需要的类对于我们的代码可视。
2 自定义的头文件
为了防止头文件被重复引用，最好使用预处理定义，如下所示：
#ifndef MYHEAD_H #define MYHEAD_H ……//头文件中的内容 #endif
（1）#ifndef:
指示符#ifndef用来检查头文件的内容是否在前面已经被定义过,如果定义过,则#ifndef与#endif之间的语句将不被执行.所以习惯上要把头文件的定义写在这两个语句之间.
如:对于MYHEAD.H这个头文件
#ifndef MYHEAD_H #define MYHEAD_H #include "myhead.h" ...... #endif
（2） #ifdef
指示符#ifdef常常被用来判断一个预处理器常量是否已被定义，以便有条件地包含程序代码。
如：
int main()
{
#ifdef DEBUG
cout<<"Beginning execution of main()\n";
#endif
string word;
vector<string> text;
while(cin>>word)
{
#ifdef DEBUG
cout<<"word read:"<<word<<"\n";
#endif
text.push_back(word);
}
//..... }
在此程序中，如果定义了DEBUG，则其中包含的两个语句都将被执行，如果没有定义，则其中的两个输出语句不被执行。
3 预处理相关知识
（1） #ifdef ：判断一个预处理常量是否被定义，如#infef DEGUG
（2） #ifndef：判断一个预处理常量是否没被定义
（3） #define：定义一个预处理常量，如#define DEBUG
（4） #include
（5） #endif
（6） 对预处理常量的定义还可以在编译时进行，如CC –D DEBUG main.c
（7）编译C++程序时，编译器自动定义了一个预处理器名字__cplusplus（注意前面有两个下划线），因此可以根据这个来判断该程序是否是C++程序，以便有条件地包含一些代码，如：
#ifndef MYHEAD_H
#define MYHEAD_H
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
int DMpostprocessing();
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
（8）在编译C程序时，编译器会自动定义预处理常量__STDC__。当然__cplusplus和__STDC__ 不会同时被定义；
（9）另外两个比较有用的预定义常量是__LINE__（记录文件已经被编译的行数）和__FILE__（包含正在被编译的文件名称）。使用如下：
if(element_count==0) cerr<<"Error:"<<__FILE__ <<":line"<<__LINE__ <<"element_count must be non-zero.\n";
（10） __DATE__：编译日期，当前被编译文件的编译日期
（11） __TIME__：编译时间，当前被编译文件的编译时间
格式如：hh:mm:ss
08:17:05 Oct 31 2006
（12） C库头文件的C++名字总是以字母C开头，后面去掉.h，如assert.h在C++中为cassert；
assert()是C语言标准库中提供的一个通用预处理器宏。常用其来判断一个必需的前提条件，以便程序能够正确执行。与其关联的头文件是：#include <assert.h>
如：
assert(filename!=0);
表示：如果后面的程序能够正确执行，需要filename不为0,如是条件为假，即其等于0,断言失败，则程序将输出诊断消息，然后终止。
其c++名字是：cassert
C库头文件的C++名字总是以字母C开头
注：在C++中使用C标准库中的头文件时，一定要使用using namespace std;来使其处在一个名字空间中，才能正确使用
（13）在C++中头文件后缀各不相同，因此标准的C++头文件没有指定后缀
4 C++中的文件输入输出
头文件：#include <fstream>
使用文件输入输出实例：
#include <fstream>
//为了打开一个输出文件，先声明一个ofstream类型的对象：
ofstream outfile("name-of-file");
//为了测试是否已经成功打开了一个文件，如下判断：
//如文件不能打开值为false
if(!outfile)
cerr<<"Sorry! We were unable to open the file!\n";
//为了打开一个输入文件，先声明一个ifstream类型的对象：
ifstream infile("name of file");
if(!infile)
cerr<<"Sorry! We were unable to open the file!\n";
一个简单程序：
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
int main()
{
ofstream outfile("out_file");
ifstream infile("in_file");
if(!infile){
cerr<<"error:unable to open input file!\n";
return -1;
}
if(!outfile) {
cerr<<"error:unable to open output file!\n";
return -2;
}
string word;
while (infile>>word)
outfile<<word<<' ';
return 0;
}
头文件里有些什么？
头文件的使用主要体现在两个方面，一个是重（音chóng）用（即多次使用），另一个是共用。
那些提供标准库函数的头文件就是为了重用。很多程序或工程可能会用到这些标准库函数，把它们写在头文件里面，每次使用的时候只需要包含已经完成的头文件就可以了。
头文件的共用主要体现在C++的多文件结构中。由于目前的程序规模较小，尚不需要用到多文件结构，所以在此对头文件的共用不作展开。有兴趣的读者可以查阅相关书籍。
那么，如果我们要自己编写一个可以重用的头文件，里面应该写些什么呢？
类似于标准库函数，我们在头文件里面应该模块化地给出一些函数或功能。另外还应该包括独立实现这些函数或功能的常量、变量和类型的声明。
下面我们就来看一个头文件应用的实例：
//shape.h
#include "math.h"//在计算三角形面积时要用到正弦函数
const double pi=3.14159265358;//常量定义
struct circle//类型声明
{
double r;
};
struct square
{
double a;
};
struct rectangle
{
double a,b;
};
struct triangle
{
double a,b,c,alpha,beta,gamma;
};
double perimeter_of_circle(double r)//函数定义
{
return 2*pi*r;
}
double area_of_circle(double r)
{
return pi*r*r;
}
double perimeter_of_square(double a)
{
return 4*a;
}
double area_of_square(double a)
{
return a*a;
}
double perimeter_of_rectangle(double a,double b)
{
return 2*(a+b);
}
double area_of_rectangle(double a,double b)
{
return a*b;
}
double perimeter_of_triangle(double a,double b,double c)
{
return a+b+c;
}
double area_of_triangle(double a,double b,double gamma)
{
return sin(gamma/180*pi)*a*b/2;
}
//main.cpp
#include "iostream.h"
#include "shape.h"//包含我们编写好的shape.h
int main()
{
circle c={2};
square s={1};
rectangle r={2,3};
triangle t={3,4,5,36.86989,53.13011,90};
cout <<"Perimeter of circle " <<perimeter_of_circle(c.r) <<endl;
cout <<"Area of square " <<area_of_square(s.a) <<endl;
cout <<"Perimeter of rectangle " <<perimeter_of_rectangle(r.a,r.b) <<endl;
cout <<"Area of triangle " <<area_of_triangle(t.b,t.c,t.alpha) <<endl;
return 0;
}
运行结果：
Perimeter of circle 12.5664 Area of square 1 Perimeter of rectangle 10 Area of triangle 6
我们编写好了shape.h头文件，以后用到计算图形周长或面积的时候，就不需要重新编写函数了，只需要包含这个头文件就行了。