[debug] dbms lab (1) 文件架构相关的背景知识——链接和多文件结构

链接问题

一个大一些的工程往往不是只有一个程序文件，经常由好多C程序文件构成，有的时候里面个别程序可能还用的其他语言，编码完成后常常分别编译，编译完成再link到一起。这就需要我们了解文件链接的问题。

外部链接

某个C程序需要用到其他程序中定义过的变量，一般都加extern前缀，编译时编译器会预留访问链接的空位，等到link阶段再在整个工程的其他C编译结果中去对号，把访问链接填上。这就是外部链接。如果你程序全写在一个文件里，那永远都不会有外部链接。

内部链接

内部链接常指一个程序文件中全局变量，可以被程序文件内各个子程序访问，这在编译过程中处理，和link阶段不发生关系。如果变量前加了static，那么它永远不会被外部程序访问，它不会被编译程序写入目标代码的链接区。

无链接

无链接，就是在一个单体程序里，比如一个子程序，定义一个变量只给这个程序段用，那就是无链接。编译器和link都不需要对这样的变量做跨程序段的地址链接，这样的变量都是直接分配寄存器或者近堆中的直接地址（每个子程序都有自己的基本存储空间，被调用时得到分配，返回时被释放，我习惯叫它近堆，标准叫啥早不记得了）。
变量是这样，程序代码段也大体差不多。每次在程序文件中调用一个文件内部的子程序，就产生一个内7a686964616fe4b893e5b19e31333365653765部链接；如果调用外部文件中的子程序，就产生一个外部链接。只有没有任何子程序，所有代码都写在一个文件里的程序，才是无链接程序。

多文件结构

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：

1. 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。
2. 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可以放到头文件中去吗？
要让内部链接的定义影响程序的其他部分，可以把它放到头文件中，这样包含这个头文件的其他文件都知道了这个定义。但不推荐在头文件中定义const或者static常量，因为会污染全局命名空间（这里我们或许可以采用匿名空间的方式进行封装），同时在每个包含头文件的翻译单元中浪费了数据空间。由于声明可以看做是内部链接，因此我们可以把声明放在头文件中的时候，例如在头文件中放 void fun(); 所有包含这个头文件的其他文件都可以使用fun()函数了。

（3）为什么我们经常在头文件中定义类，却在cpp文件中定义类成员函数？
因为类定义是内部链接性，而类的成员函数的定义是外部链接性的。

（4）可不可以在一个头文件中包含其他所有的头文件，然后其他cpp文件都include这个头文件？
不要这样，因为这样的话，每此更改这个头文件，都会引起其他的所有cpp文件的重新编译，严重影响编译速度，同时也浪费了数据空间。

以上部分参考内容的版权声明：
————————————————
版权声明：本文为CSDN博主「牧行」的原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/muxing_csdn/article/details/51078080

根据以上的内容，我将文件结构确定如下：

main.cpp

ui.cpp
ui.hpp

interpreter.cpp
interpreter.hpp

in_out.cpp
in_out.hpp

exception.cpp
exception.hpp
time_cnt.cpp
time_cnt.hpp

调用关系如图：
从图中其实不难看出，不重要的组件反而占据了相对靠“中心”的位置。
核心的流是左边这一竖列。

makefile问题

繁琐程度逐级递增。

1. 直接在main.cpp里include相关.cpp文件
2. 在tasks.json中添加相关.cpp文件
3. 编写makefile文件