把程序拆成几个文件，
再停下来观察它。

如果每个功能都挤在 main 里，程序变长后就很难定位问题。我们可以给采样计算一个清晰的接口，让主程序调用它；具体算法则放在单独的源文件里。

• 区分 .h 中的函数声明与 .c 中的函数定义。
• 理解预处理、编译和链接各解决什么问题。
• 使用 GCC 编译两个源文件，并运行预期输出。
• 用 GDB 设置断点、查看参数、运行到函数返回。

新建一个工作文件夹，把以下三个文件放在同一目录。不要把文件内容拼接在一起：每个代码块对应一个文件名。

sensor-demo/
├── main.c      主程序：准备数据、调用函数、打印结果
├── sensor.h    接口：声明函数和需要的类型
└── sensor.c    实现：计算平均值、判断阈值

例如主程序需要知道 sensor_mean 的参数和返回类型，但无需把计算循环重写一遍。头文件提供声明，源文件提供定义；三份文件保存后一起参与构建。

头文件说明函数可以怎样调用。将下方内容保存为 sensor.h：

#ifndef SENSOR_H
#define SENSOR_H

#include <stddef.h>

double sensor_mean(const int samples[], size_t count);
int sensor_is_high(double value, double threshold);

#endif

size_t 是元素数量使用的类型，由 <stddef.h> 提供。两个声明末尾都有分号：它们告诉调用方参数类型和返回类型，并没有提供函数体。

#ifndef、#define 与 #endif 组成包含保护：在同一个源文件的预处理过程中，重复包含该头文件时，保护宏可避免重复展开内容。名称要在项目中保持唯一且前后一致。

保存为 sensor.c。这个文件包含自己的头文件，帮助编译器对照声明与定义。

#include "sensor.h"

double sensor_mean(const int samples[], size_t count)
{
    if (samples == NULL || count == 0) {
        return 0.0;
    }

    double sum = 0.0;
    for (size_t i = 0; i < count; i++) {
        sum += samples[i];
    }
    return sum / (double)count;
}

int sensor_is_high(double value, double threshold)
{
    return value >= threshold;
}

sensor_mean 先处理空指针或零元素的情况，再遍历样本。这里为了练习约定两种情况返回 0.0；它无法区分“没有样本”和“样本平均值恰好为零”。真实系统可另设状态返回值，不应把这个简化接口当作完整故障处理。

sensor_is_high 比较两个数：大于或等于阈值时返回 1，否则返回 0。函数中的 count 必须由调用方按实际数组长度传入；空指针检查不能证明非空指针一定有效，也不能发现过大的长度。

保存为 main.c。这里的样本是固定数据，不需要输入，便于先预测结果。

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include "sensor.h"

int main(void)
{
    int samples[] = {18, 21, 24, 20};
    size_t count = sizeof samples / sizeof samples[0];
    double mean = sensor_mean(samples, count);
    int high = sensor_is_high(mean, 22.0);

    printf("count=%zu\n", count);
    printf("mean=%.2f C\n", mean);
    printf("status=%s\n", high ? "HIGH" : "NORMAL");
    return 0;
}

平均值是 (18 + 21 + 24 + 20) / 4 = 20.75。由于 20.75 小于阈值 22.0，high 为 0。条件运算符 high ? "HIGH" : "NORMAL" 根据条件选择一个字符串，供 %s 输出。

注意 #include "sensor.h" 使用引号，引用本项目头文件；#include <stdio.h> 引入标准库头文件。它们告诉编译器声明，编译时仍需把包含定义的 sensor.c 一起构建。

打开上一课使用的终端，进入三个文件所在目录，并先运行 gcc --version。两种环境命令稍有不同：

gcc -std=c11 -Wall -Wextra -g -O0 main.c sensor.c -o sensor_demo.exe
./sensor_demo.exe

gcc -std=c11 -Wall -Wextra -g -O0 main.c sensor.c -o sensor_demo
./sensor_demo

-g 生成调试信息，-O0 在本例中关闭优化，便于逐行观察；-Wall -Wextra 开启常用警告。成功输出：

count=4
mean=20.75 C
status=NORMAL

修改任一源文件后，先保存并重新执行编译命令，再运行新生成的程序。调试时也要使用重新编译后的可执行文件。

可以把“一次命令”理解为几个阶段：预处理器展开头文件；编译器将每个 .c 处理为目标代码；链接器把主程序对函数的引用与另一个文件中的定义连接起来。下图是帮助理解的简化流程：

main.c + sensor.h  ──编译──> main.o    ┐
                                       ├─链接─> sensor_demo
sensor.c + sensor.h ─编译──> sensor.o  ┘

想观察中间文件，可在同一目录依次执行：

gcc -std=c11 -Wall -Wextra -g -O0 -c main.c
gcc -std=c11 -Wall -Wextra -g -O0 -c sensor.c
gcc main.o sensor.o -o sensor_demo

Windows 的 GCC 通常生成 sensor_demo.exe，也可以把最后一条的输出名明确写为 sensor_demo.exe；Ubuntu 使用 ./sensor_demo 运行。-c 到生成目标文件为止，不进行最终链接。头文件在本例中被源文件包含，不需要把 sensor.h 单独当作一个源文件链接。

只编译 main.c 即使能看到头文件声明，链接时仍需要找到函数定义；若漏掉 sensor.c 或对应目标文件，就会出现类似 undefined reference 的链接错误。

先在终端运行 gdb --version。如果命令不存在，Windows 的 MSYS2 UCRT64 终端可安装 pacman -S mingw-w64-ucrt-x86_64-gdb；Ubuntu 可用 sudo apt update 后执行 sudo apt install gdb。以系统包管理器与当前环境实际提示为准。

确保上一节的可执行文件用 -g -O0 重新生成。在终端启动调试器：

gdb ./sensor_demo.exe

gdb ./sensor_demo

进入后出现 (gdb) 提示符。以下每行是一个命令，提示符本身不需要输入：

(gdb) break sensor_mean
(gdb) run
(gdb) print count
(gdb) print samples[0]
(gdb) finish
(gdb) continue
(gdb) quit

break sensor_mean

在函数入口设断点。实际源码行号和地址随环境变化。

run

从程序开头运行，遇到断点暂停；此时函数参数已经传入。

print count / print samples[0]

应分别看到 4 和 18。GDB 的结果编号如 $1、$2 因会话不同而变化。

finish / continue / quit

finish 运行到当前函数返回；返回值应为 20.75。continue 继续到程序结束，再用 quit 退出 GDB。

如果想逐行观察，可在断点处输入 next；它执行当前行并停在下一位置。变量只有执行到初始化之后才适合观察其初始值。例如 sum 的声明执行前，不应把它显示出的内容当作有效结果。不同 GDB 版本可能显示不同的附加提示。

数组传参时，函数拿到地址和调用方给的数量。主程序在数组定义所在作用域计算 sizeof samples / sizeof samples[0]，得到实际的 4；sensor_mean 用 i < count 控制访问。

若调用者把数量写成 5，而数组仍只有 4 项，函数没有足够信息自动恢复正确长度；继续读取就会越界。空指针和零长度分支只是基本检查。真正的可复用模块还需要清晰的错误状态、数据类型范围、缓冲区约定和测试。

1. 从空目录创建三个文件，编译无错误和未解释的警告，输出与课文一致。
2. 解释头文件声明、源文件定义与链接各自的作用。
3. 独立在 sensor_mean 设置断点，观察数量 4、首项 18 和返回值 20.75。
4. 说明调用方为什么必须保证指针与长度有效，以及零长度返回值的局限。

• GCC · 调试选项 ↗-g 与优化选项
• GDB · 断点 ↗断点位置和停止条件
• MSYS2 · UCRT64 GDB 包 ↗Windows 环境的安装命令
• GNU C 手册 · 数组作为参数 ↗数组参数的含义