C++中头文件的概念与基本编写方法

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。