程序的多文件组织-便于设计和调试程序的方法

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C语言是一种非常古老而且广为人知的编程语言。自从1946年第一台电子数字计算机ENIAC问世以来,随着计算机应用领域的不断扩大,促进了计算机技术的高速发展,尤其是近年来计算机的硬件和软件都是日新月异。C语言最初由Ken Thompson在继承了BCPL语言的基础上发明了实用的B语言。到了1972年,贝尔实验室的Dennis Ritchie和Brian Kernighan在B语言的基础上进行了改进,从而诞生了C语言。C语言是一种功能丰富且广泛使用的程序设计语言,它被用于编写系统软件,应用软件,以及嵌入式系统。同时,C语言也成为了其他高级语言的基础,例如C++和Java等。 在实际的程序设计中,为了方便程序的设计和调试,通常会将程序分成若干个模块,把实现一个模块的程序或数据放在一个文件中。这样做的好处是能够更好地管理程序代码,并且使得程序的维护更加容易。当一个完整的程序被存放在多于一个文件中时,称为程序的多文件组织。多文件组织能够提高程序的可维护性和可读性,同时也能够降低程序的编译时间。 C语言的程序设计中,多文件组织是非常常见的。通常情况下,一个C语言程序会由多个源文件和头文件组成。头文件通常包含了函数的声明和外部变量的声明,而源文件则包含了函数的定义和全局变量的定义。通过合理地划分和组织这些文件,可以使得程序的结构更加清晰,同时也能够提高程序的可维护性和可读性。 在实际的C语言程序设计中,要合理地使用多文件组织。首先,需要根据程序的功能和模块划分将程序划分成若干个模块,然后将每个模块的相关函数和数据放在一个文件中。其次,需要合理地使用头文件来声明函数和外部变量,在源文件中进行定义。最后,需要在主程序中合理地调用各个模块,使得程序运行起来。 多文件组织的另一个重要作用是能够提高程序的可移植性。当一个程序被分成多个文件之后,每个文件只需要关注特定的模块,这样就能够降低代码的耦合度,使得程序更加灵活。同时,当需要移植程序到其他平台或环境时,只需要关注特定的模块,而不需要修改整个程序。这样就能够提高程序的可移植性,同时也能够降低程序的维护成本。 在C语言程序设计中,合理地使用多文件组织是非常重要的。它能够提高程序的可维护性和可读性,同时也能够提高程序的可移植性。因此,程序员在进行C语言程序设计时,应该充分地利用多文件组织的优势,合理地划分和组织程序,从而使得程序更加健壮。
2022-12-24 上传
【C++】多⽂件程序结构 以前写⼀个C++多⽂件程序的时候经常为哪些东西应该放在.h⽂件⾥,哪些东西应该放在.cpp⽂件⾥⽽疑惑。稍有不慎就搞出⼀ 个"error:LNK2005 已经在*.obj中定义"的重复定义错误,就算解决了这个问题⾃⼰实际上也还是⼀知半解。最近去了解了C++多⽂件程 序结构的知识,才搞清楚了这些问题的本质。在此总结⼀下,如有错误,欢迎指出。 声明与定义 ⾸先从声明和定义说起。 声明是数据对象的和函数的描述。声明的作⽤就是让编译器知道实体的名字,以及其数据类型或函数签名。如: external int x; //变量声明 void fun(); //函数声明 class A; //类声明 定义则是实体本⾝,代表着实体在⼀个作⽤域的唯⼀描述。 如: int x; //变量定义 void fun() {…} //函数定义 class A {…}; //类定义 因此,可以理解为,声明是定义的引⽤,⽽定义是实体本⾝。 外部链接性与内部链接性 定义具有链接性。链接性分为内部链接和外部链接。 外部链接:外部链接的定义可被定义所处的翻译单元(.cpp)内看见,也可以被其他翻译单元引⽤。 具有外部链接性的: · ⾮inline函数。包括命名空间中⾮静态函数、类成员函数和类静态成员函数 · 类静态成员变量总有外部链接。 · 命名空间(不包括⽆名命名空间)中⾮静态变量 内部链接:内部链接的定义只能在该定义所处的翻译单元内看见。 具有内部链接性的: · 所有的声明 · 命名空间(包括全局命名空间)中的静态⾃由函数、静态友元函数、静态变量的定义、const常量定义 · enum定义 · inline函数定义(包括⾃由函数和⾮⾃由函数) · 类(class、struct、union)的定义 注:在类体中定义的成员函数为内联(inline)函数,属于内部链接。 实质上声明没有链接性的概念,但可以理解成声明总是内部链接的,因为它只对它所在的翻译单元有效。如果我们把声明置于头⽂件,则由 于包含该头⽂件的每个翻译单元都独⽴复制了该声明(见下⽂预处理部分的说明),因此每个翻译单元都能"看到"这个声明。 预处理、编译和链接 C++中,源程序要被翻译成可执⾏⽂件,都要经过三个步骤:预处理、编译和链接。 预处理:阅读源程序,执⾏预处理指令,嵌⼊指定源⽂件。预处理指令以"#"号开始。如#include指令实现⽂件包含。当⼀个.cpp⽂件编 译前,它⾸先递归地包含头⽂件,形成⼀个含有所有必要信息的单个源⽂件,也就是⼀个翻译单元。 编译: 编译器每次翻译⼀个.cpp⽂件(翻译单元),并输出对象⽂件(.o或.obj)。对象⽂件含有.cpp⽂件内定义的所有函数编译后的机器 码,也包含.cpp⽂件内定义的全局变量和静态变量。此外,对象⽂件也可能含有未定义引⽤,这些未定义的引⽤就是该翻译单元内有声明, 但是在这个.cpp⽂件中没有定义的函数和全局变量。 那么,这些没有定义的东西在哪?答案是这些东西定义在其他.cpp⽂件中。 要怎么找到呢?这就是链接器的任务了。 链接:有外部链接的定义可以在对象⽂件中产⽣外部符号,这些外部符号可以被所有其他的翻译单元访问,⽤来解析他们未定义的引⽤。链 接器的⼯作就是读取所有对象⽂件,并尝试解决对象⽂件之间的交差引⽤。如果成功,则产⽣可执⾏程序。当⽆法解决外部引⽤的时候,根 据情况链接器有两种报错: 1、当找不到引⽤的⽬标时,就会产⽣"⽆法解决的外部符号"错误。 2、当找到两个或以上相同名字的实体(函数或变量时),就会产⽣"符号被多重定义"错误。 因此,要让程序正确地链接,⾸先不能声明⼀个实体,却没有相应的定义。⽐如在A.cpp⾥⾯声明⼀个void fun();但在这个⽂件和其他⽂件 中都没有这个函数的定义(也就是函数的实现),这就会产⽣"⽆法解决的外部符号"错误。同时,也不能重复地定义具有外部链接性的实 体。⽐如,在A.cpp⽂件⾥⾯定义int x,同时在B.cpp⾥⾯⼜定义⼀个int x。这样就会出现"符号被多重定义"。 头⽂件 了解了上⾯⼏点知识,我们就可以理解和回答⼀些问题了。 (1)为什么不要把外部链接的定义放在头⽂件⾥⾯? 因为我们知道cpp在预编译的时候会递归包含头⽂件,因此,如果⼀个头⽂件包含了⼀个外部链接的定义,其他包含它的.cpp⽂件都会有⼀ 个相同的外部链接的定义。出现"符号被多重定义"也就不难理解了。要特别注意的是,类的静态成员变量和⼀般的静态变量不⼀样,它具 有外部链接性,因此假设你在头⽂件中定义⼀个: class A { static int member; } 那么该静态成员变量的定义不能放在这个头⽂件⾥⾯。⽽是应该在某个.cpp⽂件⾥⾯写定义: int A::member; (2)有内部链接性的定义