1. C++源文件组织策略

我们先看下面程序清单：
coordin.h

#ifndef COORDIN_H_
#define COORDIN_H_
struct polar
{
	double distance;  // distance from origin
	double angle; // direction from origin
};

struct rect
{
	double x; // horizontal distance from origin
	double y; // vertical distance from oeigin
};

// prototypes
polar rect_to_polar(rect xypos);
void show_polar(polar dapos);
#endif

main.cpp

#include<iostream>
#include "coordin.h"  // structure templates function
using namespace std;
int main()
{
	rect rplace;
	polar pplace;
	cout<< "Enter the X and Y values: ";
	while(cin >> rplace.x >> rplace.y)
	{
    	pplace = rect_to_polar(rplace);
    	show_polar(pplace);
    	cout << "Next two numbers(q to quit):";
    }
    cout << "Bye ! \n";
    return 0;
}

Coordin.cpp

#include<iostream>
#include<cmath>
#include "coordin.h"  
polar rect_to_polar(rect xypos)
{
	using namespace std;
	polar answer;
	answer.distance = sqrt(xypos.x * xypos.x + xypos.y * xypos.y);
	answer.angle = atan2(xypos.y,xypos.x);
	return answer;
}

void show_polar(polar dapos)
{
	using namespace std;
	const double Rad_to_deg = 57.29577951;
	cout << "distance = " << dapos.distance;
	cout<< ", angle = " << dapos.angle * Rad_to_deg;
	cout << " degrees\n";
}

💚 下面我们通过 “ g++ ” 编译指令来编译链接 main.cpp 和 coordin.cpp 两个源文件。
在这里插入图片描述
注意点：

在同一个源文件cpp中只能将同一个头文件包含一次，所以 coordin.h 使用： #ifndef 和 # endif 语句，如果没有使用预处理器编译指令 #define 定义的名称 COORDIN_H 时，才处理 #ifndef 和 # endif 之间的语句。
虽然我们讨论的是根据文件进行单独编译，但是为了保持通用性，C++标准使用了术语翻译单元（translation unit）,而不是文件。

2. 内存存储方案

首先我们介绍变量在内存的时间，即生命周期。
有四种不同方案来存储数据。

自动存储持续性：在函数定义中声明的变量（包括函数参数）的存储持续性为自动的。他们在程序开始执行其所属函数或代码块中被创建，在执行完函数或代码块时，他们使用的内存被释放。通常意义上，我们把这称之为：栈变量。C++ 有两种存储持续性为自动的变量
静态存储持续性：在函数定义外定义的变量和关键字 static 定义的变量的存储持续性都称为静态，他们在整个程序运行过程中都存在。C++有三种存储持续性为静态的变量
线程存储持续性：当前，多核处理器很常见，这些CPU可以处理多个任务，这让程序能够将计算放在可并行处理的不同线程中，如果变量时使用关键字 thread_Local 声明的，则其生命周期与所属线程一样长。
动态存储持续性：用 new 运算符分配的内存将一直存在，直到使用 delete运算符将其释放或程序结束为止，这种内存的存储持续性为动态，有时被称为自由存储或堆。

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下面介绍变量的作用域（可被程序使用）以及链接性的细节。
作用域(ascope 😃
描述了名称在文件（翻译单元）的多大范围内可见：例如：函数中定义的变量可在该函数中使用，但不能在其他函数中使用。
链接性（linkage）:
描述了名称如何在不同单元间共享，链接性为外部的名称可在文件间共享，链接性为内部的名称只能由一个文件中函数共享，例如：自动变量的名称没有链接性，因为它们不能共享。

💚

自动变量的作用域为局部。
静态变量的作用域为全局还是局部：这取决于变量该如何定义。如：在函数原型作用域定义，作用域为局部。在类中声明的成员的作用域为整个类，在名称空间中声明的变量作用域为整个名称空间。

2.1 自动存储持续性

默认情况下，函数中声明的函数参数和变量的存储持续性为自动，作用域为局部，没有链接性。
💚 自动变量的初始化

int w;   // value of w is 模糊
int x = 5;  // initialized with a numeric literal
int big = INT_MAX-1;  // initialized with a constant expression
int y = 2*x;  // use previously determined value of x
int z = 3*w;  // use new value of w

💚 自动变量和栈
例子：定义函数 fib(int real, long tell) ,我们来看下函数栈运行流程。
注意：程序中使用两个指针来跟踪栈，一个指针指向栈底：栈的开始位置，一个指针指向栈顶：下一个存储单元。
在这里插入图片描述

2.2 静态存储持续变量

C++ 为静态存储持续性变量提供了3种链接性：

外部链接性（可在其他文件中访问）
内部链接性（只能在当前文件中访问）
无链接性（只能在当前函数或代码块中访问）
这三种链接性都在整个程序中存在，与自动变量相比，它们的寿命更长。
🧡重点：由于静态变量的数目在程序运行期间是不变的，因此程序不需要使用特殊装置（如栈）来管理他们，编译器将分配固定的内存块来存储所有的静态变量，这些变量在整个程序执行期间一直存储。
下面，我们有一个图来说明，如何创建上述三种变量。

🧡 静态变量的初始化
除默认的零初始化外，还可对静态变量进行常量表达式初始化和动态初始化。
零初始化：意味着将变量设置为零，对于标量类型，零将被强制转换为合适的类型。如：空指针用0表示，结构成员被零初始化，填充位将都被设置为零。
常量初始化：变量设置为常量
🧡零初始化和常量初始化决定因素
零初始化和常量初始化都被称为静态初始化，首先，所有静态初始化都被零初始化，不管程序员是否显示初始化了它，接下来，如果使用常量初始化，编译器将指针常量表达式。

#include<cmath>
int x;    // zero-initialization
int y = 5;  // constant ant-expression initialization
long z = 13*13;  // constant ant-expression initialization
int enough = 2*sizeof(long);  // constant expression initialization
// 因为：pi 的计算需要链接 函数 atan()且被执行时，才能计算出来，它被称为动态初始化
const double pi = 4.0*atan(1.0);// dynamic initialization

💚 💚静态持续性，外部链接性
链接性为外部的变量通常简称为外部变量，它们的存储持续性为静态（整个程序生命周期），作用域为整个文件。
这里有一个概念：单定义规则
一方面，在每个使用外部变量的文件中，都必须声明它，另一方面，C++中有 “单定义规则（one definition Rule ODR）”,该规则指出，变量只能定义一次，为了满足这种需求，C++提供了两种变量声明：

定义声明（defining declaration）：或简称定义(declaration) 它给变量分配存储空间，
引用声明（referencing declaration ）：或简称声明declaration 它不给变量分配存储空间，因为它引用已有变量
引用声明使用关键字 extern, 且不进行初始化，否则，声明即为定义，导致分配存储空间。

double up;  // definition, up is 0
extern int blem;  // blem defined else where
extern char gr = 'z'; // definition because initialized

下面例子说明了，如果要在多个文件中使用外部变量，只需要在一个文件中定义该变量，且在使用该变量的文件中，必须使用关键字 extern。
在这里插入图片描述

💚 💚静态持续性，内部链接性
将 static限定符用于作用域为整个文件的变量时，该变量的链接性为内部，存储持续为静态（整个程序生命周期）
在这里插入图片描述
💚💚静态存储持续性，无链接性
这种变量是这样创建的：将static 限定符用于代码块中定义的变量，这将会使局部变量的存储持续性为静态（扩展了变量生命周期），但它无链接性，作用域仅限于代码块。
🧡 初始化：程序只在启动时进行一次初始化，以后再调用函数，并不会像自动变量再次初始化