头文件（Head files）
头文件是什么？我们为什么需要它们？为什么它们在 C++ 中存在？
你或许已经习惯了很多其他语言,比如 java 或者 c#，它们实际上没有头文件这个概念，也没有存在两种不同的文件类型的概念：一种是我们的编译文件，比如说cpp文件，也就是一个翻译单元，还有一种就是头文件，一个奇怪的文件。我们经常到处 include 它们，为什么它会存在？
头文件实际上很有用，而且它们的用途不只是声明某种声明，以供你在多个CPP中使用而已。随着学习的继续，我们将要学习很多新概念，都需要头文件才能正常工作。
在c++基础中，头文件传统上是用来声明某些函数类型，以便可以用于整个程序中。
回想一下之前谈到的的c++编译器和链接器，为了让我们知道什么函数和类型存在，我们需要某种声明。比如说，我们在一个文件中创建函数，然后想要在另一个文件中使用，当我们尝试编译时那个文件时，C++甚至都不会知道它的存在，所以我们需要一个共同的地方来存放声明，而非定义。因为，记住，我们只能定义函数一次。我们需要这么一个共同的地方存放函数声明，只是声明，而没有实际的定义，没有函数的主体，只是一个地方说“嘿，这个函数存在!"
假设在文件 Main.cpp 中我有个函数叫log，它将打印信息到控制台，它接受一个 const char "message"，然后单纯cout该信息。
#include <iostream>
void Log(const char* message)
{
std::cout << message << std::endl;
}
int main()
{
std::cout << "Hello world!" << std::endl;
std::cin.get();
}如果我继续创建另一个文件，我们将之命名为 log.cpp，然后也许这个文件有个什么要用到我们到 Log 的，并且会打印一句话到控制台
void InitLog()
{
Log("hello hello hello");
}我们将会得到一个错误：这个 Log 函数并不存在于该文件，该文件不知道 Log 函数的存在，如果回到 main 文件中，Log 函数就在这里。如果如果我按CTRL加f7试图编译我们的 Main.cpp，可以看到编译成功，没有错误然后回到 Log.cpp，如果我们试图编译这个文件，我们获得一个错误，因为显然对于这个文件来说，Log 函数不存在
所以 Log.cpp 到底需要什么东西才能不会有错误？我们该如何告诉它，Log 这个函数存在，只是它定义于别的什么地方？这就是函数声明用的用武之地！
如果我们回到我们的 Log.cpp 代码这里，只需要简单的声明，Log 函数存在。
如果我们回到main函数，然后看一下这个实际的签名，可以看到 Log 是一个返回 void、接受一个参数——也就是一个 const char 指针，所以这是函数签名，我们可以直接复制这个，回到 Log.cpp，粘贴进来，然后用一个分号结束它，就像下面这样：
void Log(const char* message);
void InitLog()
{
Log("hello hello hello");
}这个函数没有主体，正是说明这是一个函数的声明，我们还没有定义这个函数到底是什么样子，这个函数到底做什么，我们只是说，嘿，这边有一个函数叫 Log，返回类型是 void，接受一个 const char*，这个函数存在
这时就可以看到我们的 Intellisence 的错误已经消失了，如果我按 control 加 f7 ，我们可以成功编译，如果我们右击 Hello world，然后点 build 来 build 我们的程序，可以看到他也链接成功，因为这是可以的，他找到了那个log函数。这样我们就找到了一个告诉 Log.cpp 那个 log 函数存在于某处的办法。
那如果我创建另外一个文件呢？如果我创建了一个别的文件，然后需要用这个 log 函数呢？
这意味着我也需要把这个 void log 声明到处复制粘贴吗？嗯，答案是是的，你确实需要这么做，但是呢，有一个办法可以让这一切简单一点，那就是使用头文件。
头文件到底是什么？
因为这是 C++，你可以做任何事情，所以头文件一般是那种被 include 到 cpp 文件里的，基本上我们做的就是，把头文件里的内容 copy and paste 到 cpp 文件里，我们通过 #include 这个 pre processor 语句来实现，所以 #Include 有从文件复制粘贴到其他文件的能力，这正是我们需要在这里做的。我们需要把这个 Log 的声明，复制粘贴到任何我们需要用这个 Log函数的地方，所以让我们去创建一个头文件。我将右击 header files ，请注意这些文件夹其实是过滤器，它们不是真的文件夹，我也可以在 source files 底下创建一个头文件，将来可能也会有一些教程，关于 visual studio 是怎么工作的，但现在我们需要知道的就是，无论在什么地方右击创建头文件都没关系，我将在头文件上面创建，因为这更合理一点，但实际上其实无所谓，我将创建一个头文件叫 Log.h：
#pragma once
void Log(const char* message);你会意识到它自动给你插入了一些代码，叫 #pragma once，我们等会很快会介绍他，在这里我将存放我们的声明，我将从 Log.cpp 把这个Log函数剪切，放入我们的头文件，现在呢，我们的头文件 Log.h，我可以在任何想用 Log 函数的地方 include 它，它会帮我们做那些我们不想人工做的事情，也就是复制粘贴这个到任何我们需要它的所有文件里。我不想自己去做这个复制粘贴的工作，所以就找了一个某种程度上让它看起来整洁一点，自动化一点的办法。回到 Log.cpp，你会看到我们也得到了一个错误，因为我们其实没有声明这个函数。但如果我输入 #include “log.h"：
#include "log.h"
void InitLog()
{
Log("hello hello hello");
}看哪，我们没有任何错误，我们的文件可以编译。我们其实还可以做的是把它 include 到 Main.cpp，Main.cpp 包含实际的函数定义，所以其实他并不需要他，我们反正都可以调用Log，只是为了让你知道，我们把它include进来也不会造成什么问题，然后编译，这是完全没有问题的。
回到 Log.cpp，你可以看到我们定义了这个超屌的函数 InitLog，然后除了 Log.cpp，没人知道它，如果想从Main里面使用它，我需要拿到它的声明，如果我在这里调用 InitLog:
#include <iostream>
void InitLog(const char* message)
{
std::cout << message << std::endl;
}
int main()
{
std::cout << "Hello world!" << std::endl;
std::cin.get();
}我们会获得一个错误，这是因为他没有在任何地方被声明，所以让我们去 Log.h 把它的函数签名加进来，就像这样：
#pragma once
void Log(const char* message);
void InitLog();要确保它和cpp文件里的实际签名一致，所以现在一切都看起来很好，然后我要去把这个 Log 函数拿到这个 Log.cpp 来，因为这样看起来更合理一点:
#include <iostream>
#include "log.h"
void InitLog(const char* message)
{
std::cout << message << std::endl;
}
int
main()
{ InitLog();
std::cout << "Hello world!" << std::endl;
std::cin.get();
}回到Main.cpp，如果运行我们的程序，看我们实际上初始化了 Log 并打印了 Hello world! 到控制台。
我们回到那个头文件，看一下那个pragma once到底是什么。这里我们有一个语句是看起来是visual studio给我们生成的，叫#pragma once，这是什么? 任何以一个井号开头的语句都被称为预处理命令，或者叫预处理指令。也就意味着他将在这个文件被编译之前被c++的pre processor评估，pragma其实是一个被输入到编译器或者说预处理器的指令，pragma once其实意思就是说只include这个文件一次，Pragma once, 是一种被称为header guard(头文件保护符），他所做的就是防止我们把单个头文件多次include到一个单一翻译单元里，现在我说话其实很小心的，你得明白，他其实不会防止我们把头文件include到整个程序的各处，只是防止include到一个翻译单元里，也就是一个单独的cpp文件，原因是如果我们不小心把一个文件多次include到一个翻译单元里，我们会得到一个重复的错误，因为我们会多次复制和粘贴那个头文件。
一个比较好的办法来示意这种情况是我们创建一个结构体（struct）。比如说如果我在这里创建一个结构体叫做player：
// #pragma once
void Log(const char* message);
void InitLog();
struct player {};我可以就让他空着，没关系，如果我将这个文件两次 include 到一个翻译单元，并且没有头文件保护符，他会真的include这个文件两次，也就是我会有两个结构体，他们有相同的名字—player，我们可以通过把这个pragma once注释掉来看一下这个例子。回到 Main.cpp，include Log.h两次:
#include <iostream>
#include "log.h"
#include "log.h" //注意这里
int main()
{
InitLog();
std::cout << "Hello world!" << std::endl;
std::cin.get();
}这时如果我试图编译我的文件，你可以看到我们拿到了一个 player structure 重复定义的错误，因为我们在重新定义这个 player struct，而我们只能定义一个叫 player 的 struct，struct 需要唯一的名字。
所以你会问我为什么要include一个文件两次？这又回到了include到底是怎么工作的？记得吗，include的工作方法就是从一个文件复制粘贴到另一个文件，也就是说你可能会有一个一连串的 include，所以你可能有一个头文件叫player，他会include log，然后player又被include到其他的文件，然后可能那第3个文件会包含所有的include，所以如果我创建一个新的头文件，叫common，Common将会包含一些常用的 includes，比如它会include log。如果我回到log.h，确保program once被注释掉了，然后在log.cpp，我include log.h和common.h，如果我编译我的文件，猜猜会怎样？我仍然拿到那个错误，因为那个struct player被重新定义了，如果我们要解析预处理器到底做了什么,你可以看到他其实有把 Log include两次，然而回到Log.h，如果我们把注释去掉，并试图编译我们的文件，将不会有任何报错，因为它认识到log已经被include了，他不会第2次再include它。
还有另外一种方式来添加一个头文件保护符，用传统的办法添加头文件保护符，其实是通过 #ifdef。我们可以做的就是输入#ifndef，然后我们可以来检查某种符号，比如说_log_h，然后我们会定_log_h，然后在我们代码的最后，输入 endif，这个将要做的就是首先他会检查这个log h这个符号是否存在，如果没有被定义，他将把以下代码include到编译里，如果这个被定义了，那这些都不会被include，会全部被禁用，当我们通过了，第1个条件检查，我们会定义log h，也就是说下一次我们运行这段代码时，它是已经被定义的状态，所以不会再重复。
最简单的办法来描述这个东西就是复制粘贴整个文件，到我们的log.cpp文件，如果我们看一下它，我也把log.h注释掉，以及common.h，所以你们看在这里，第1次时，这一切都OK，他include了这个文件，一切正常，但第2次，他显示为灰色，因为log_h已经被定义了，所以这种形式的头文件保护符在过去经常使用，然而我们现在有这个新的预处理语句叫pragma once，所以我们现在大多数用它。从某种意义上来说，其实你用哪种都无所谓，但pragma once看起来更干净，所以在行业里这也是绝大部分人所用的，基本上现在所有的编辑器都支持pragma once，所以并不是只是适用于vs，gcc、clang、msbc，它们都支持pragma once。
话说回来，如果你有看到老代码，或者别人写过到不同风格的代码，你会碰到这个ifndef头文件保护符，所以需要知道一下它是啥。
你可能会发现，include语句间有一些差异，有些include语句用引号，有些include语句用方括号，所以到底啥情况？其实很简单，他们代表两件事，当我们编译我们的程序时，我们有办法告诉编译器某些include路径，这基本上就是在我们电脑里通往文件夹的路径，它们包含include文件。如果我们想要include的那个文件，在这些文件夹其中之一的话，我们可以用尖括号去让编译器在所有include路径里，去搜索这个文件，而引号用于include文件存在于该文件的相对位置，举例来说，如果我有一个文件叫做log.h，它存在于目前这个log.cpp文件的上一级目录，我可以用../来返回，而这会返回上一级目录，因为这是相对于本文件的位置，而对于方括号来说，永远没有说这个文件的相对位置，他们必须存在于所有include目录的某一个里，我们会在以后的学习中涉及到怎么设置include目录和这所有东西，但现在不需要涉及这么复杂，但这基本上就是他的工作原理。引号也可以用于include目录的位置，所以你其实可以在任何地方用引号，我可以把 iostream 这个尖括号换成引号，将完全没问题，所以尖括号只用于编译器的include路径，引号用于所有的路径。
最后一件事，你可能发现这个iostream看起来不像个文件，因为它没有扩展名，就叫iostream，这是怎么一回事呢？其实，它是个文件，只是没有扩展名，写标准库的人决定这么干的。为了区分c的标准库和c++标准库，c标准库里的头文件一般都有.h扩展名，而c++没有，所以这也是一个区分哪些属于c标准库，哪些属于c++标准库的办法，就是是否有.h扩展名。iostream跟其他东西一样，就是个文件，其实，在vs里，右击它，点击打开文件，你可以看到它带领我们来到这个iostream头文件如果我们在这个标签上右击，选择打开包含文件夹，可以看到它其实位于我们的计算机中某处。
这就是关于头文件的一些事情。
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