📔 第 9 章内存模型和名称空间学习笔记

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1. 单独编译¶

C++鼓励将组件函数放在独立的文件中。可单独编译文件，然后将其链接成可执行的程序。

C++编译器既编译程序，也管理链接器。

C++都将一些结构声明或结构函数原型都放在头文件中，然后使用 #include 指令来管理头文件。（⚠️注意：不是包含源代码文件）

~~不要将函数定义或变量声明放到头文件中，简单场景无问题，大型场景会引发问题~~ 。

头文件中包含的内容

函数原型
使用#define或const定义的符号常量
结构声明
类声明
模板声明
内联函数

在同一个文件中只能将同一个头文件包含一次。例如，可能使用包含了另外一个头文件的头文件，为了避免这种情况，可以采用以下一种技术#ifndef #define…..#endif。

2. 存储持续性、作用域和链接性¶

C++中使用了四种不同的方案来存储数据，它们的区别在于数据保留在内存中的时间。

2.1 作用域和链接¶

作用域描述了名称在文件的多大范围可见。

链接性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的函数共享。

C++变量的作用域的种类

局部的变量只在定义它的代码块使用（函数体）
全局（文件作用域）的变量在定义位置到文件结尾直接都可用。
自动变量的作用域为局部。
静态变量的作用域取决于如何被定义。
函数原型中的名称只在包含参数列表的括号内可用
类中声明的成员的作用域为整个类。
名称空间中声明的变量作用域为整个名称空间。

2.2 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。程序执行其所属的函数或代码块时被创建，在执行完后被释放。自动变量的名称没有链接性，因为不能共享。

作用域为局部，没有链接性。

2.3 静态存储持续性¶

在函数定义外定义的变量和使用关键字static定义的变量的存储持续性为静态，它们在程序整个运行过程中都存在.

提供了3种链接性：

外部链接性：代码块的外面声明
- 单定义规则：变量只能有一次定义。
- C++提供了两种变量声明：
  - 定义声明：给变量分配存储空间。
  - 引用声明：不给变量分配存储空间（引用已有的变量）。引用声明使用关键字extern，且不进行初始化。
- 如果多个文件中要使用外部变量，只需一个文件中包含该变量的定义（单定义规则），使用该变量的其他文件中，都必须使用关键字extern 声明。
内部链接性：在代码块的外面声明，且使用static限定符。
- 在其所属的文件中使用。
无链接性：代码块内使用，且使用static限定符。
- 一般是在函数内使用，尽管函数之间多次被调用，其值不会发生变化。

所有静态持续变量在整个程序执行期间都存在。

除默认的零初始化外，可对静态变量进行常量表达式初始化和动态初始化。

2.4 线程存储持续性（C++11特性）¶

在多核处理器中，这些CPU可以同时处理多个执行任务，这让程序能够将计算机放在可并行处理的不同线程中，如果变量是使用关键字thread_local声明的，则其生命周期与所属的线程一样长。

2.5 动态存储持续性¶

用new运算符分配的内存一直存在，直到使用delete运算符将其释放或程序结束为止，这种内存有时被称为自由存储或堆。

2.6 说明符和限定符¶

存储说明符

auto（C++11中不是说明符）：用于自动类型推断
register：声明中指示寄存器存储，C++11中显式指出变量是自动。
static：内部链接性，作用域为整个文件的声明中。主要使用静态局部变量。
extern：引用声明，声明引用在其它地方定义的变量。
thread_local（C++11新增）：指出变量的持续性与其所属线程的持续性相同。
mutable：即使结构（或类）变量为const，其某个成员也可以被修改。
volatile：程序代码没有对内存单元进行修改，其值可能发生变化。

2.7 存储方案和动态分配¶

使用C++运算符new（或C函数malloc()）分配的内存，称为动态内存。

动态内存由new 和 delete 控制。而不是作用域和链接性规则控制。

编译器的三块独立内存：静态变量、自动变量、动态存储。

使用new运算符初始化

如果为内置的标量类型分配存储空间并初始化，可在类型名后面加上初始值，将其用括号括起。
1
int *pi = new int (6);
要初始化常规结构或数组，需要使用大括号的列表初始化。
new失败时

早期返回空指针，现在会触发异常std::bad_alloc。

new和delete

运算符new和new[]分别调用如下函数：

void * operater new(std::size_t);
void * operater new[](std::size_t);

称为分配函数，对应的释放函数如下：

void operator delete(void *);
void operator delete[](void *);

定位new 运算符
- new的两个功能：
  - 在堆中找到足以满足的内存块。
  - 指定要使用的位置（定位特性）。
使用new定位特性，需要包含 头文件new。

3. 名称空间¶

在C++中，名称可以是变量、函数、结构、枚举、类以及类和结构的成员。

解决名称空间冲突的问题。

3.1 传统的C++名称空间¶

声明区域：声明所在区域。

潜在作用域：变量的潜在作用域从声明点开始，到其声明区域的结尾。

3.2 新的名称空间特性¶

通过定义一个新的声明区域来创建命名的名称空间 ---- 目的：提供一个声明名称的区域。避免名称空间中的名称之间发生冲突。

默认情况下，名称空间中的声明的名称是外部链接。

名称空间可以是全局，也可是另一个名称空间，但不能是位于代码块中。

3.2.1 访问名称空间中的方法¶

通过作用域解析运算符::，使用名称空间来限定使用。
C++机制（using声明和using编译指令）来简化对于名称空间中的名称使用。
- using声明：仅名称空间中的特定的名称可用，通过作用域解析运算符进行。
- using编译指令：使整个名称空间中的名称可用。
1
using std::cout;

一般情况下，使用using声明比使用using编译指令更安全。

利用namespace来创建声明区域，用using关键字来使用。

4. 名称空间的一些指导原则¶

使用在已命名的名称空间中声明的变量，而不是使用外部全局变量或静态全局变量。
如果开发了一个函数库或类库；将其放在一个名称空间中。事实上，C++当前提倡将标准函数库放在名称空间std中，这种做法扩展到了来自C语言中的函数。例如，头文件math.h 是与C语言兼容的，没有使用名称空间，但C++头文件cmath应将各种数学库函数放在名称空间std中。实际上，并非所有的编译器都完成了这种过渡。
仅将编译指令using作为一种将旧代码转换为使用名称空间的权宜之计。
~~不要在头文件中使用using编译指令~~。首先，这样做掩盖了要让哪些名称可用；另外，包含头文件的顺序可能影响程序的行为。如果非要使用编译指令using,应将其放在所有预处理器编译指令#include 之后。
导入名称时，首选使用作用域解析运算符或using声明的方法。
对于using声明，首选将其作用域设置为局部而_{~不是全局}~。

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