系统学习图像算法Day.29——C++基础——多文件编译、内存模型、命名空间

以你之姓@ 2023-06-13 11:23 2阅读 0赞

本篇内容主要讲解C++项目的三个大方面：多文件编译、内存模型、命名空间

# （一）单独编译 #

首先明白：C++鼓励程序员将组件函数放在独立的文件中，可以单独编译这些文件，然后将它们链接成可执行的程序。  
![在这里插入图片描述][20191117111207706.PNG]  
在VS编译器中就是如上图。

头文件一般包含：

> ①函数原型  
> ②使用\#define或者const定义的符号变量  
> ③结构体声明  
> ④类声明  
> ⑤模板声明  
> ⑥内联函数

其他的文件：

> 函数定义

必要的文件：

> ①main()函数  
> ②使用 其他文件中定义的函数 的函数

示例  
**↓ 头文件：coordin.h ↓**

//文件名：coordin.h
    #ifndef COORDIN_H_ //
    #define COORDIN_H_
    struct polar    //极坐标数据
    { 
     double distance;
     double angle;
    };
    struct rect  //直角坐标数据
    { 
     double x;
     double y;
    };
    //函数原型
    polar rect_to_polar(rect xypos);
    void show_polar(polar dapos);
    #endif

**↓ 文件：函数定义.cpp ↓**

//文件名为：函数定义.cpp
    #include<iostream>
    #include<cmath>
    #include"coordin.h"//结构体定义，函数模板
    //转换直角坐标系到极坐标系
    polar rect_to_polar(rect xypos)//接收直角坐标数据，输出极坐标数据
    { 
     using namespace std;//标准名称空间
     polar answer;//定义极坐标结果结构变量
     answer.distance = sqrt(xypos.x*xypos.x+xypos.y*xypos.y);//开平方
     answer.angle = atan2(xypos.y,xypos.x);//反正切函数
     return answer;//返回极坐标形式的数据，以结构形式
    }
    void show_polar (polar dapos)//显示转换结果，以极坐标形式
    { 
     using namespace std;
     const double Red_to_deg = 57.29577951;//角度转换常数
     cout << "distance = " << dapos.distance;
     cout << ", angle = " << dapos.angle*Red_to_deg;
     cout << "degrees\n";
    }

**↓ 文件：main.cpp ↓**

//文件名：main.cpp
    #include<iostream>
    #include"coordin.h"//本文件中的结构和函数在coordin.h中定义和使用原型
    using namespace std;//名称空间
    int main()
    { 
     rect rplace;//直角坐标结构变量x and y
     polar pplace;//极坐标结构变量
     cout << "Enter the x and y values";
     while(cin >> rplace.x >> rplace.y)//输入值
     { 
      pplace = rect_to_polar(rplace);
      show_polar(pplace);
      cout << "next two number (q to quit):";
     }
     cout << "BYE!\n";
     return 0;
    }

运行时，就是在IDE中生成项目，然后执行main文件，这三个文件就会自动链接好。

注意：

> **①**我们包含自己编写的头文件时，用的是 “coordin.h” 而不是 <coordin.h>
> 
> > 这两个符号对编译器来说区别很大，当头文件在<>里面时，C++编译器在存储标准头文件的主机系统的文件系统中查找； 如果头文件是在 " "里面，那么编译器将首先查找当前的工作目录或源代码目录
> 
> **②**同一个文件中只能包含同一个头文件一次
> 
> > 为了避免这种情况发生，C++引入了 预处理器编译指令 \#ifndef … \#endif

# （二）存储持续性、作用域、链接性 #

首先需要了解C++关于内存的一个最基本事实：  
编译器使用三块独立的内存：  
C++按照数据保留在内存中的时间（存储持续性），将存储分为3类（其实是4类，但有一类这里不做说明）

> 自动存储：这是最常见的存储方式，就是针对在函数定义中声明的变量，在程序开始执行其所属的函数或代码块时被创建，在程序执行完函数或者代码块时，该内存被释放。

> 静态存储：在函数定义外定义的变量 和 使用关键字 static 定义的变量，只要程序还在运行，该内存就一直都在

> 动态存储：用 new 运算符分配的内存一直存在，知道 delete 运算符将其释放。

ok，这样就对C++存储有个基本的了解，现在再继续讲另外两个名词：作用域、链接性

**作用域**：描述名称在文件的多大范围可见

> 作用域为局部：该变量只在定义它的代码块中可用（代码块就是由花括号括起来的一系列语句）  
> 作用域为全局：在该变量定义位置到文件结尾都可用

**链接性**：描述了名称如何在不同单元共享。

> 链接性为外部：可在文件间共享  
> 链接性为内部：只能在一个文件中的函数共享

好，搞懂了以上的概念，我们接下来对几种存储做分析

①自动存储

int main()
    { 
    	int a = 5;   //a 这个内存在 main() 函数中都存在，且可见
    	{ 
            	int b = 22;   // b在他所在这个花括号中可见，花括号结束则内存被释放
            	int a = 9;    // a由于与外面的a重名，此时，这里的a可见，外面的a暂时隐藏，但外面的a仍占有内存
            	cout << a;    //输出 9
    	}
            cout << a;            //输出 5
    }

上面这个程序很好地解释了作用域与可见性。

②静态存储

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>作用域</th> 
   <th>链接性</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>全局（除无链接性静态变量）</td> 
   <td>外部链接性、内部链接性、无链接性</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

...
    int a = 1000;    //静态存储、具有外部链接性
    static b = 50;   //（加上static）静态存储、具有内部链接性
    
    int main()
    { 
    	...
    }
    
    void funct1( int n )
    { 
    	static int c = 0;  //静态存储、无链接性（只能在该函数中使用它，但即使该函数没有被执行，其内存也一直存在）
    }
    ...

就这个 具有外部链接性的静态变量 展开讲一讲应用：

// file_1.cpp
    int dogs = 30;   // 定义具有外部链接性的静态变量
    int cats = 40;
    
    // file_2.cpp
    extern int dogs; //使用关键字 extern 引用file1文件中的静态变量
    extern int cats;
    static int dogs = 5;  //当在这个文件想命名一个同名的静态变量时，应该使用内部链接性的变量，不然违反单定义规则；

C++单定义规则：  
*变量只能有一次定义。两种变量声明：定义变量（分配内存）、引用声明（不分配内存）*

const限定符限定的字符常量： 相当于 内部链接性静态全局变量

函数：默认为 外部链接性静态存储（*可以在文件间共享，别的文件引用该函数时可用可不用extern，只能有一个文件包含该函数定义，但每个文件应该有其声明*），可用static将函数设为内部链接性。

③动态存储  
不受作用域与链接性控制，仅由new和delete控制

# （三）名称空间 #

背景问题：当使用多个厂家提供的类库时，可能导致名称冲突，我如何控制每个名称的作用域  
两个术语：

> 声明区域：可以在其中进行声明的区域  
> 潜在作用域：从声明点开始 到 齐声明区域的末尾

下面程序演示如何利用创建命名空间避免名称冲突

namesapce Jack       // 利用 namespace 创建一个命名的 名称空间
    { 
    	double dog;
    	int cat;
    	void funct1();
    	struct people
    	{ 
    		...
    	}
    }
    
    int main()
    { 
    	Jack::cat = 30;   //使用作用域解析运算符 :: 访问命名空间中的名称
    	
    	using Jack::dog;  //using声明，使特定的标识符可用，鼓励的方式
    	dog = 410.0;
    
    	using namespace Jack;  //using编译，使该命名空间的所有名称可见，一般不鼓励，会有冲突风险
    	dog = 300.0;
    	cat = 40;
    }

对于using声明，最好将其作用域设置为局部，而不是全局。这个取决于你的 using Jack::dog; 语句放在哪，是在main()函数前面，还是哪个花括号中。

好文

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