在計算機編程中，頭文件（header file）是一個包含函數、類、變量和其他聲明的文件。頭文件通常用於在程序中引用外部庫或模塊。
頭文件的作用是讓程序員在編寫代碼時可以使用外部庫或模塊提供的函數、變量等。這些外部庫或模塊的功能可能比較複雜，或者需要很多行代碼才能實現，而頭文件則提供了一種方便的方式來引用這些功能，讓程序員可以更加輕鬆地使用它們。
頭文件通常包含了函數、類、變量的聲明，以及一些預處理器指令等。在使用頭文件時，程序員需要在代碼中引用這些頭文件，以便程序可以找到並使用其中定義的函數、類、變量等。頭文件的引用方式因編程語言而異。
現在大量的語言都沒有頭文件了，為什麼？
在現代編程語言中，許多語言已經不再使用顯式的頭文件。這主要是因為類 C 語言頭文件存在一些缺點，如下：
- 頭文件容易出錯：在使用頭文件時，開發人員需要確保頭文件中的所有定義與實現文件中的定義匹配。這很容易出錯，特別是當頭文件發生更改時。這些錯誤可能會導致編譯錯誤或運行時錯誤，從而浪費時間和資源。
- 頭文件使編譯時間變慢：在使用頭文件時，編譯器需要在編譯期間處理頭文件，這會使編譯時間變慢。如果頭文件非常大或者包含複雜的依賴關係，這會導致更長的編譯時間。
- 頭文件不利於代碼重構：當代碼需要進行重構時，頭文件可能會成為障礙。如果頭文件中的定義與實現不匹配，或者定義不再使用，這可能會導致代碼重構變得更加困難。
因此，現代編程語言傾向於使用其他方法來處理這些問題。例如，許多語言使用模塊或命名空間來組織代碼，並使用自動化工具來處理依賴關係。這些方法可以減少頭文件所引入的問題，並提高代碼的可維護性和可讀性。同時，現代編譯器也變得更加智能化，可以更好地處理代碼結構和依賴關係，從而減少頭文件所引入的問題。
我為什麼認為現在還需要頭文件
頭文件提供了一種自頂而下的開發方式，讓開發人員能夠先定義接口，再實現接口的功能。這種方式可以使代碼更加清晰、易於維護和擴展。
傳統的 C 語言中的頭文件也存在一些缺點，比如可能導致編譯速度變慢，代碼維護複雜，以及不利於代碼的模塊化等。因此，很多現代編程語言和框架都採用了其他的方式來實現代碼的組織和管理，比如命名空間、模塊、包等概念。
不過我想從多個方面來反駁這種說法：
有沒有一種可能，頭文件也能模塊化
其實我一直認為模塊是一種頭文件的新方式，不過沒有頭文件的語言通常把原來需要寫頭文件的內容放在業務代碼裡面，這樣耦合性更高，同時也更難維護。
我的觀點是，我們可以同時使用頭文件和模塊，但是頭文件的作用應該是聲明，而不是實現，這樣就可以避免頭文件的缺點，同時也可以避免模塊的缺點。
打個比方來說，現在有這麼一種幻想中存在的 rust 語言，它同時支持頭文件和模塊，但是頭文件只能用來聲明，不能用來實現
// header xxx.mod.rs
struct Something
impl Something {
fn method1(&self) -> sometype
fn method2(&self) -> sometype
}
// source xxx.impl.rs
struct Something {
// ...
}
fn Something::method1(&self) -> sometype {
// do something
}
fn Something::method2(&self) -> sometype {
// do something
}
這樣做的好處是，我們在實現業務代碼的時候，可以只實現頭文件，然後再寫完業務代碼之後，再去實現頭文件裡面的方法，這樣就可以避免頭文件的缺點，同時也可以避免模塊的缺點。
// source of some business code
fn use_something(input: sometype) -> sometype {
let something = Something::new();
let i1 = something.method1();
let i2 = something.method2();
somefunc(i1, i2)
}
我們可以假設頭文件裡面的方法一開始都會給我們生成一個空的實現，這樣我們就可以先寫單元測試，然後再去實現頭文件裡面的方法。
// source of some business code test
#[test]
fn test_use_something() {
let res1 = use_something(input1);
assert_eq!(res1, output1);
let res2 = use_something(input2);
assert_eq!(res2, output2);
// ...
}
然後我們再去實現頭文件裡面的方法，讓它們通過單元測試
有沒有一種可能，我們現在已經不怎麼需要自己寫代碼了
如果有了這套機制，我們就可以更大規模的利用 ai 來生成代碼，甚至是自動生成代碼，這樣我們就可以更專注於抽象問題，而不是具體的實現問題。
還有一個問題就是沒有頭文件的語言並不能很好的支持動態鏈接
在沒有頭文件的語言中，鏈接器需要在不知道函數參數和返回類型的情況下處理函數調用。
而編譯器的實現方式決定了需要預先將所有的代碼都加載一遍，這樣其實造成了很多浪費，因為我們並不是每次都需要所有的代碼，有時候我們只需要其中的一部分。
有頭文件的語言可以通過鏈接器在運行時動態加載共享庫來支持動態鏈接。這種方法可以更精確地在需要時加載和鏈接代碼。
有人這時候可能又要跟我吵了，說什麼我們不需要動態鏈接，靜態鏈接多好啊，我們可以把所有的代碼都編譯進去，這樣就不需要動態鏈接了。
我只覺得這群人是傻逼。
動態鏈接有以下好處：
節省內存：當多個程序共享同一個庫時，動態鏈接可以讓它們共享庫中的代碼和數據，從而節省內存空間。
更新方便：如果庫中的代碼需要更新，只需要替換庫文件，而不需要重新編譯使用該庫的程序。
靈活性：動態鏈接可以讓程序在運行時加載庫文件，從而增強了程序的靈活性。這意味著程序可以動態地適應用戶的需求，而不需要重新編譯或重新部署程序。
共享庫可以被多個程序使用：共享庫中的代碼可以被多個程序使用，從而避免了重複編寫相同的代碼的問題。
減少可執行文件大小：使用動態鏈接可以減少可執行文件的大小，因為庫中的代碼和數據不需要在每個程序中都複製一份。
我覺得現在的風氣不對，幹啥都想全靜態，你 unikernel 去啊，又不去，你讓用戶安裝你軟件的時候開 vm 跑啊！開 docker 跑啊！有病
接口描述語言
有頭文件還需要這個？
直接寫個 transformer，把頭文件轉成 idl 就完了呗
沒有頭文件的語言想支持 idl... 體驗挺噩夢的
閉源的問題
我覺得現在依賴模塊和包管理的風氣是不對的，完全沒有考慮到閉源代碼的問題
假如沒有頭文件，那麼我們就必須分發全部的源碼，就算公布閉源 binary 都有可能會被逆向，更何況是源碼。
結語
當我們談論頭文件的優缺點時，我們不應該只看到它的缺點而忽略了它的意義。
頭文件是計算機編程發展歷程中的一個重要發明，它極大地簡化了代碼的編寫和維護，加速了程序的開發進程。
在現代編程中，我們可以選擇使用模塊化系統、靜態分析工具等來解決頭文件帶來的問題，同時也可以選擇使用不需要頭文件的新型編程語言來實現更加優秀的開發體驗。但這並不意味著我們應該完全抛棄頭文件，因為它依然有著不可替代的作用，特別是在大型項目中。
因此，我們應該看到頭文件的優缺點，正確地使用它，同時也不斷地探索新的技術手段來提高編程效率和代碼質量。