存储持续性、作用域和链接性

1.c++ pp page 250

存储持续性：数据保留在内存中的时间；（注：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。它们在程序开始执行其所属的函数或代码块时被创建，而不是程序运行到定义语句时才被创建）

作用域描述了名称在文件（翻译单元）的多大范围内可见。全局作用域（文件作用域）的变量在定义位置到文件结尾之间都可用。自动变量的作用域为局部。静态变量的作用域是全局还是局部取决于它是被如何定义的。在名称空间中声明的变量的作用域为整个名称空间。

链接性描述了名称如何在不同单元间共享，链接性分为外部（可在文件间共享）、内部（可在整个文件内共享）和没有链接性（自动变量无链接性，不能共享）。

 

2.自动存储持续性

1）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。当程序开始执行这些变量所属的代码块时，将为其分配内存；当函数结束时，这些变量将消失。（注意，执行到代码块时，将为变量分配内存，但其作用域的起点为其声明位置）

2）自动变量和栈 p252

程序在运行时对自动变量进行管理；常用的方法是留出一段内存，并将其视为栈。

在函数传递参数时也使用栈。p252-253

 

3.静态持续变量 p253

1）c++为静态存储持续性变量提供了3中链接性：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）和无链接性（只能在当前函数或代码块中访问）。

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在。

...
int global = 1000;//静态存储持续性，外部链接性
static int one_file = 50;//静态存储持续性，内部链接性
int main()
{
...
}
void funct1(int n)
{
static int count = 0;静态存储持续性，无链接性
int llama = 0;
...
}

上述代码中，count 与 自动变量llama不同，在funct1()函数没有执行时，lemma是自动变量，自然不在内存中；但count不管funct1()是否执行，其都在内存中。（程序执行期间一直存在）\

2）静态变量的初始化分为零初始化，常量表达式初始化和动态初始化。

零初始化指变量被设置为0；所有的静态变量刚开始都被零初始化，不管程序员是否显示的初始化了它。

如果使用常量表达式初始化了变量，且编译器仅根据文件内容（包括被包含的头文件）就可计算表达式，编译器将执行常量表达式初始化。

零初始化和常量表达式初始化被统称为静态初始化。静态初始化意味着编译器在处理文件（翻译单元）时初始化变量。

如果没有足够的信息，变量将被动态初始化。动态初始化意味着变量将在编译后初始化。

 

#include <cmath>
int x;//零初始化
int y = 5;//常量表达式初始化
long z = 13*13;//常量表达式初始化
const double pi = 4.0 * atan(1.0);//要调用函数atan()，这需要等到该函数被链接且程序执行时，因此是动态初始化。                                           

 静态变量即静态存储持续性变量。

 

4.静态存储持续性、外部链接性 p254

链接性为外部的变量简称为外部变量，它们的存储持续性为静态，作用域为整个文件（外部变量的作用域也是整个文件）。外部变量也被称为全局变量。

1）单定义规则

c++提供了两种变量声明：定义声明（或简称为“定义”），它给变量分配存储空间。另一种是引用声明（简称为“声明”），它不给变量分配存储空间。

引用声明使用关键字extern，且不进行初始化。否则其为定义声明，导致分配存储空间。

单定义规则指要在多个文件中使用外部变量，只需在一个文件中包含该变量的定义，但在使用该变量的所有其他文件中，都必须使用关键字extern声明它。

//file1.cpp
int cats = 20;//定义声明
...
//file2.cpp
extern int cats;//引用声明

注意，单定义规则是针对外部变量的声明的。

2）如果在函数中声明了一个与外部变量同名的变量，局部变量将隐藏全局变量。

如果要使用该全局变量，应在该全局变量之前加上标准名称空间std中的作用域解析运算符(::)。

//file.cpp
int cats = 20;
...
//file2.cpp
extern int cats;
int main()
{
    int cats = 10;
    cout<<cats<<endl;//output 10
    cout<<std::cats<<endl;//output 20
    return 0;
}

 

5.静态存储持续性，内部链接性 p257

将static限定符用于作用域为整个文件的变量时，该变量的链接性将为内部的。

如果文件定义了一个链接性为内部的静态存储持续性的变量，其名称与另一个文件中声明的常规外部变量相同，则在该文件中，链接性为内部的静态存储持续性的变量将隐藏常规外部变量。

//file1.cpp
int errors = 20;
...
//file2.cpp
static int errors = 5;
void froobish()
{
    cout<<errors;//output 5
...
}

上述代码中，file2.cpp中的链接性为内部的静态存储持续性变量屏蔽file1.cpp中的常规外部变量。

且上述代码未违反单定义规则，因为单定义规则是指常规外部变量只能在多个文件中有一个定义，但file2.cpp中的error的链接性未内部，并非要提供外部定义。

 

6.静态存储持续性，无链接性--局部变量 p258

在代码块中使用static时，将导致局部变量的存储持续性为静态的。该变量虽然只在该代码块中可用，但该变量在整个程序执行期间一直存在，即当没有运行该代码块时，该变量仍然存在于内存中。

因此在两次函数调用之间，静态局部变量的值保持不变。

即，静态局部变量只在程序启动时进行一次初始化，以后再调用时，将不会像自动变量那样再次被初始化。

 

7.说明符和限定符 p260

存储说明符 auto register static extern thread_local mutable

cv-限定符：const volatile

const:（p260）

默认情况下全局变量（外部变量被称为全局变量p254）的链接性为外部的，但const全局变量的链接性为内部的。即，全局const定义就像使用了static说明符一样。

 如果处于某种原因，程序员希望某个常量的链接性为外部的，则可以使用extern关键字来覆盖默认的内部链接性：

extern const int states = 50;//链接性为外部

在这种情况下，必须在所有使用该常量的文件中使用extern关键字来声明它。

在函数或代码块中声明const时，其作用域为代码块。

 

8.函数和链接性 p261

所有的函数的存储持续性自动为静态的，即在整个程序执行期间都一直存在。

默认情况下，函数的链接性为外部的，既可以在文件间共享。可以在函数原型中使用extern关键字来指出函数实在另一个文件中定义的。

还可以使用static关键字将函数的链接性设置为内部的，使之只能在一个文件中使用。必须同时在原型和函数定义中使用该关键字：

static int private(double x);
...
static int private(double x)
{
...
}

 注意，引用外部函数声明时，可以不加extern，一篇解释如下：

函数，函数，对于函数也一样，也是定义和声明，定义的时候用extern，说明这个函数是可以被外部引用的，声明的时候用extern说明这是一个声明。 但由于函数的定义和声明是有区别的，定义函数要有函数体，声明函数没有函数体，所以函数定义和声明时都可以将extern省略掉，反正其他文件也是知道这个函数是在其他地方定义的，所以不加extern也行。两者如此不同，所以省略了extern也不会有问题。

转自https://www.cnblogs.com/renyuan/archive/2012/11/30/2796801.html

9.存储方案和自动分配 p262

1)通常，编译器使用三块独立的内存:一块用于静态变量，一块用于自动变量，一块用于动态存储（动态内存，由new和delete管理）。

使用c++ new运算符申请的内存叫动态内存；存储方案的概念不适用于动态内存，但适用于用来跟踪动态内存的自动和静态指针变量。

float * p_frees = new float[20];

上述声明由new分配80个字节（假设float为4个字节）的内存将一直保留在内存中，直到使用delete运算符将其释放。但当包含该声明的语句块执行完毕时，p_frees指针将消失。

2)定位new运算符 p263

定位new运算符能够指定要使用的位置。要使用定位new特性，首先需要包含头文件new，然后将new运算符用于提供了所需地址的参数。

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <new>
using namespace std;
char buffer1[100];

int main()
{
    double * pd1;
    pd1 = new(buffer1) double[10];//new定位特性
    cout<<"sizeof buffer1:"<<endl;
    cout<<sizeof(buffer1)<<endl;
    cout<<"strlen of buffer1:"<<endl;
    cout<<strlen(buffer1)<<endl;
    *pd1 = 5.5;
    cout<<"strlen of buffer1:"<<endl;
    cout<<strlen(buffer1)<<endl;
    cout<<"buffer1:"<<endl;
    cout<<buffer1<<endl;
    cout<<"pd1[0]:"<<endl;
    cout<<pd1[0]<<endl;
    buffer1[0] = 'a';
    cout<<"after input buffer1[0] = 'a',strlen of buffer1:"<<endl;
    cout<<strlen(buffer1)<<endl;
    cout<<"after input buffer1[0] = 'a',pd1[0]:"<<endl;
    cout<<pd1[0]<<endl;
    buffer1[1] = 'b';
    buffer1[2] = 'c';
    buffer1[3] = 'd';
    buffer1[4] = 'e';
    buffer1[5] = 'f';
    buffer1[6] = 'g';
    buffer1[7] = 'h';
    cout<<"after input bcdefgh,pd1[0]:"<<endl;
    cout<<pd1[0]<<endl;
　　 delete [] pd1;
    return 0;
}