《C++ Primer Plus》9. 内存模型和命名空间

存储持续性、作用域与链接性

存储持续性：

自动存储持续性：函数定义中声明的变量及参数
静态存储持续性：函数定义外定义的变量、使用 static 关键字定义的变量
线程存储持续性：使用 thread_local 关键字声明的变量
动态存储持续性：使用 new 分配的变量

作用域：局部、文件、类、命名空间

链接性：外部、内部、无

	局部、无链接性	文件作用域、内部链接性	文件作用域、外部链接性
自动存储持续性	函数中声明的函数参数及变量
静态存储持续性	代码块中被 `static` 修饰的变量	1. 代码块外部被 `static` 修饰的变量 2. 代码块外部被 `const` 修饰，但不被 `extern` 修饰的变量	1. 代码块外部被 `extern const` 修饰的变量 2. 代码块外部未被任何关键字修饰的变量 3. 代码块外部只被 `extern` 修饰，并且进行了初始化的变量

以下是一些例子：

// 外部链接性
extern const int x1 = 1;

// 内部链接性
const int x2 = 2;

// 内部链接性
static int x3 = 3;

// 外部链接性
int x4 = 4;

// 引用
extern int x5;

// 外部链接性，与 int x6 = 6; 等价
extern int x6 = 6;

引用声明

单定义规则（One Definition Rule）：变量只能有一次定义。

根据 ODR，C++ 提供了两种变量声明：定义声明、引用声明。引用声明需要使用 extern 关键字修饰，并且不能进行初始化。

引用时优先本文件作用域中的变量：如果本文件中有 static 修饰的全局变量，那么会优先引用它。

// main.cpp
#include <iostream>
static int x = 10;

int main() {
    extern int x;
    std::cout << x << std::endl;
    return 0;
}

// test.cpp
int x = 20;

上述代码会输出 10

说明符与限定符

volatile：向编译器表示“即使程序没有更改对应的内存单元，其值也可能发生变化”，应用场景比如两个程序共享内存、硬件串行端口等。如果不使用该关键字，编译器会优化“多次查找”，中间将该变量缓存到寄存器中。

mutable：用来指出“即使结构体或类的变量被 const 修饰，某成员也可以被修改”

struct Data {
    char name[30];
    mutable int accesses;
    ...
};
const Data veep = { "Name1", 0, ... };
strcpy(veep.name, "Name2");            // not allowed
veep.accesses++;                       // allowed

函数和链接性

static 可将函数的链接性设置为内部

static 修饰函数声明和函数定义有不同的含义：

当 static 修饰函数声明时，它告诉编译器去哪里寻找这个函数，如果声明带有 static，则只在该文件中寻找
当 static 修饰函数定义时，它告诉编译器这个函数定义的链接性，带有 static 时为内部链接性，不带时是外部链接性

// main.cpp
#include <iostream>
static int func() {
    return 1;
}

static int func();

int main() {
    int x = func();
    std::cout << x << std::endl;
    return 0;
}

// test.cpp
int func() {
    return 2;
}

上面的代码会正常运行，输出 1

// main.cpp
#include <iostream>
int func() { ... }
static int func();

int main() { ... }

// test.cpp
int func() { ... }

上面代码会报错，因为单定义规则不允许两个签名相同的函数

// main.cpp
#include <iostream>
static int func();

int main() { ... }

// test.cpp
int func() { ... }

上面代码会报错，因为编译器在 main.cpp 中找不到 func 函数的定义

// main.cpp
#include <iostream>
int func();

int main() { ... }

// test.cpp
static int func() { ... }

上面代码会报错，因为 test.cpp 中 func 函数是内部链接性

命名空间

C++ 有默认的命名空间，叫做全局命名空间（Global Namespace），全局变量这些东西默认放在全局命名空间中。

不同的命名空间中的名称相互独立，在链接时不可见

// main.cpp
int func();

int main() {
    func();
    return 0;
}

// test.cpp
namespace X {
    int func() {
        return 1;
    }
}

上面代码会报错，因为 main.cpp 中 func 的声明放在全局命名空间中，test.cpp 中 func 的声明放在 X 命名空间中，在链接时不可见

using 声明： using NS::func;，声明 func 这个名称，如果该名称已经声明，则会编译错误
using 编译指令：using namespace NS;，将命名空间中的所有名称导入，如果某个名称已经声明，那么局部版本会隐藏命名空间版本

不要在头文件中使用 using 关键字

未命名空间：内部链接性，文件作用域，下面的两段代码等价：

namespace {
    int counts;
}
int main() { ... }

static int counts;
int main() { ... }