作用域、生命期和程序的组织结构-创新互联

一、局部变量和全局变量

在函数内部或复合语句中定义的变量，称为局部变量（local variable）。

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（1）在一个函数内部定义的变量；

（2）函数的形式参数；

（3）在某个复合语句中定义的变量。

a. 局部变量只能定义在它的区域及其子区域中使用。

b. 在同一个区域中不能定义相同名字的变量。

c. 在不同区域中允许定义相同名字的变量，但本质上它们是不同的变量。

d. 如果一个变量所处区域的子区域中有同名的变量，则该变量在子区域无效，有效的是子区域的变量，称为定义屏蔽。

在源文件中，但在函数外部定义的变量，称为全局变量（global variable），全局变量的有效区域是从定义变量的位置开始到源文件结束。

函数之间数据传递尽量可以利用全局变量，如此也会导致两个函数彼此分不开，违背模块化的原则，因此结构化程序设计提倡少用或不用全局变量。

二、作用域

C++的实体通常有三类：（1）变量或对象；（2）函数；（3）类型。

作用域是程序中的一段区域。在同一个作用域上，C++程序中每个名字都与唯一的实体对应；如果在不同的作用域上，程序中可以多次使用同一个名字，对应不同作用域中的不同实体。

（1）文件作用域；（2）函数作用域；（3）块作用域；（4）类型声明作用域；（5）函数原型作用域。

实体在作用域内可以使用称为可见（visible），又称有效。可见的含义是指实体在作用域上可以使用。

规则一：同一个作用域内不允许有相同名字的实体，不同作用域的实体可以有相同名字。

规则二：实体在包含它的作用域内，从定义或声明的位置开始，按文件行的顺序往后（往下）直到该作用域结束均是可见的，包含作用域内的所有子区域及其嵌套。

规则三：若实体A在包含它的作用域内的子区域中出现了相同名字的实体B，则实体A被屏蔽。

规则四：可以使用extern声明将变量或函数实体的可见区域往前延伸，称为前置声明（forward declaration）。

规则五：在全局作用域中，变量或函数实体若使用static修饰，则该实体对于其他源文件是屏蔽的，称为私有的（private）。

三、生命期

C++中，每个名字都有作用域，即可以使用名字的区域，而每个对象都有生命期（lifetimes），即在程序执行过程中对象存在的时间。

1. 动态存储

程序运行期间，系统为对象动态地分配存储空间。存储空间的分配和释放是动态的，或者由函数调用来自动分配（自动存储），或者由程序指令来人工分配释放（自由存储），其生命期是整个程序运行期的一部分。

对象不持久地占有存储空间，释放后让出空闲空间给其他对象的分配。

2. 静态存储

对象在整个程序运行期持久占有存储空间，其生命期与程序运行期相同。其特点是对象的数据可以在程序运行期始终保持直到修改为止，或者程序结束为止，静态存储的分配和释放在编译完成时就决定好了。

现代程序设计的观点是，除非有必要尽量少地使用静态存储。

3. 自动对象

默认情况下，函数或复合语句中的对象（包含形参）称为自动对象，其存储方式是自动存储，程序中大多数对象是自动存储。

auto 类型变量名[=初值]

4. 寄存器变量

C++语言允许CPU的寄存器来存放局部变量，称为寄存器变量。

5. 静态局部对象

在局部对象的前面加上static存储类别修饰用来指明对象是静态局部对象，

static 类型变量[=初值]

四、内部函数与外部函数

1. 内部函数

函数本质上是全局的，在多文件的程序中，在连接时会检查函数在全局作用域内是否名字唯一，如果不是则出现连接错误。

在函数定义前加static修饰，则函数称为内部函数，定义形式为：

static 返回类型函数名（形式参数列表）

{

函数体；

}

内部函数仅在包含它的文件中有效。

该函数在逻辑上仅限定在一个文件中使用，其他文件不会用到。而且希望在连接检查时永远不可能出现该函数名不唯一的连接错误，这在多人编写同一个程序的软件开发模式中是常用的策略。

2. 外部函数

在函数定义前加上extern声明，则函数称为外部函数，定义形式为：

extern 返回类型函数名（形式参数列表）

{

函数体

}

C++中所有的函数本质上都是外部函数，extern都可以省略。

五、头文件与工程文件

六、多文件编译

编译器：g++

过程：源文件、预处理、编译、汇编、链接、可执行文件

多文件

(1)

a.h

#ifndef A_H__
#define A_H__

double fsin(double x);

#endif

a.cpp

#include#include "main.h"
#include "a.h"
double fsin(double x)
{
        return sin(x*PI/180.0);
}

(2)

b.h

#ifndef B_H__
#define B_H__

double fcos(double x);

#endif

b.cpp

#include#include "main.h"
#include "b.h"
double fcos(double x)
{
        return cos(x*PI/180.0);
}

(3)

c.h

#ifndef C_H__
#define C_H__

double fsqrt(double x);

#endif

c.cpp

#include#include "c.h"
double fsqrt(double x)
{
        return sqrt(x);
}

(4)

main.h

#define PI 3.1415926535

main.cpp

#includeusing namespace std;
#include "a.h"
#include "b.h"
#include "c.h"
int main()
{
        char n;
        double x;
        cin >>n >>x;
        if(n == '1')
                cout<< "sin(x) = "<< fsin(x)<< endl;
        else if(n == '2')
                cout<< "cos(x) = "<< fcos(x)<< endl;
        else if(n == '3')
                cout<< "sqrt(x) = "<< fsqrt(x)<< endl;
        else
                cout<< "error"<< endl;
        return 0;
}

(5) makefile

main:main.o a.o b.o c.o
        g++ main.o a.o b.o c.o -o main
main.o:main.cpp
        g++ main.cpp -c -o main.o
a.o:a.cpp
        g++ a.cpp -c -o a.o
b.o:b.cpp
        g++ b.cpp -c -o b.o
c.o:c.cpp
        g++ c.cpp -c -o c.o

clean:
        rm *.o main -rf

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