記憶體模型(存儲持續性、作用域和連結性)

              目錄：

• 單獨編譯
• 存儲持續性、作用域和連結性

一、單獨編譯

1. 頭檔案常包含的内容：函數原型、使用#define或const定義的符号常量、結構聲明、類聲明、模闆聲明、内聯聲明。

若頭檔案中檔案名包含在尖括号中，則C++編譯器将在存儲标準頭檔案的主機系統的檔案系統中查找；若檔案包含在雙引号中，則編譯器将首先查找目前的工作目錄或源代碼目錄。

     2. 在同一個檔案中隻能将同一個頭檔案包含一次。避免方法：基于預處理器編譯指令#ifndef與#endif（編譯器将檢視這之間的内容，讓它忽略除第一次包含之外的所有内容）

二、存儲持續性、作用域和連結性

• 自動存儲持續性：在函數定義中聲明的變量（包括函數參數）的存儲持續性為自動的。程式開始執行其所屬的函數或代碼塊時被建立，在執行完函數或代碼塊時其記憶體被釋放。
• 靜态存儲持續性：在函數定義外定義的變量和使用關鍵字static定義的變量的存儲持續性都為靜态。（在程式運作過程中都存在）
• 線程存儲持續性：多核處理器，讓程式能将計算放在可并行處理的不同線程中，若變量是使用關鍵字thread_local聲明的，則其生命周期與所屬線程一樣長。
• 動态存儲持續性：用new運算符配置設定的記憶體将一直存在，直到使用delete運算符将其釋放或程式結束為止。這種記憶體的存儲持續性為動态，有時也被稱為自由存儲或堆。

五種變量存儲方式：

存儲描述	持續性	作用域	連結性	如何聲明
自動	自動	代碼塊	無	在代碼塊中
寄存器	自動	代碼塊	無	代碼塊中，關鍵字register
靜态，無連結性	靜态	代碼塊	無	代碼塊中，關鍵字static
靜态，外部連結性	靜态	檔案	外部	不在任何函數内
靜态，内部連結性	靜态	檔案	内部	不在任何函數内，使用static

1. 作用域描述了名稱在檔案（翻譯單元）的多大範圍可見。作用域為全局（檔案作用域）的變量在定義位置到檔案結尾之間都可用；自動變量的作用域為局部；在函數原型作用域中使用的名稱隻在包含參數清單的括号内可用；在類中聲明的成員的作用域為整個類；在名稱空間中聲明的變量的作用域為整個名稱空間；C++函數的作用域可以是整個類或整個名稱空間（包括全局的），但不能是局部的（不能在代碼塊内定義函數）。

連結性描述了名稱如何在不同單元間共享；連結性為外部的名稱可在檔案間共享，連結性為内部的名稱隻能由一個檔案中的函數共享

2. 自動存儲持續性

預設情況下，在函數中聲明的函數參數和變量的存儲持續性為自動，作用域為局部，沒有連結性。代碼塊中定義的變量的存在時間和作用域将被限制在該代碼塊内。

可以使用任何在聲明時其值為已知的表達式來初始化自動變量。

程式使用兩個指針來跟蹤棧，一個指針指向棧底—棧的開始位置，另一個指針指向堆頂—下一個可用記憶體單元，棧是後進先出的，即最後加入到棧中的變量首先被彈出。

關鍵字register建議編譯器使用CPU寄存器來存儲自動變量。

3. 靜态持續變量

C++為靜态存儲持續性變量提供了3種連結性：外部連結性（可在其它檔案中通路）、内部連結性（隻能在目前檔案中通路）、無連結性（隻能在目前函數和代碼塊中通路）

所有的靜态持續變量都有以下初始化特征：未被初始化的靜态變量的所有位都被設定成0. 這種變量被稱為零初始化的，也可對靜态變量進行常量表達式初始化和動态初始化。

4. 靜态持續性、外部連結性

連結性為外部的變量通常簡稱為外部變量，它們的存儲持續性為靜态，作用域為整個檔案。

C++提供兩種變量聲明：一是定義聲明（給變量配置設定記憶體空間），另一種是引用聲明（引用已有變量，使用關鍵字extern且不進行初始化）。

作用域解析運算符（：：）放在變量名前表示使用變量的全局版本。程式越能避免對資料進行不必要的通路，就越能保持資料的完整性。通常情況下應使用局部變量。

5. 靜态持續性、内部連結性

将static限定符用于作用域為整個檔案的變量時，該變量的連結性将為内部的。連結性為内部的變量隻能在其所屬的檔案中使用；連結性為外部的正常外部變量可以在其他檔案中使用。

如檔案中定義了一個靜态外部變量，其名稱與另一個檔案中聲明的正常外部變量相同，則在該檔案中，靜态變量将隐藏正常外部變量。

在多檔案程式中，可以在一個檔案（且隻能在一個檔案）中定義一個外部變量。使用該變量的其他檔案必須使用extern聲明它。

6. 靜态存儲持續性、無連結性

将static限定符用于在代碼塊中定義的變量。其存儲持續性為靜态的。若初始化了靜态局部變量，則程式隻在啟動時進行一次初始化，之後再調用函數時将不會像自動變量那樣再次被初始化。

7. 說明符和限定符

a．存儲說明符：auto（自動類型推斷）、register（寄存器存儲，C++11中顯式的指出變量是自動的）、static、extern（引用聲明）、thread_local（指出變量的持續性與其所屬線程的持續性相同）、mutable（根據const解釋）

b．CV-限定符：const、volatile（即使程式代碼沒有對記憶體單元進行修改，其值也可能發生改變，該關鍵字的作用是改善編譯器的優化能力）

mutable：可用它指出，即使結構（或類）變量為const，其某個成員也可被修改。

c．預設情況下全局變量的連結性為外部的，但const全局變量的連結性為内部的。即在C++看來，全局const定義就像使用了static說明符一樣，這還意味着每個檔案都有自己的一組常量，而不是所有檔案共享一組常量。

d．鑒于單個const在多個檔案間共享，是以隻有一個檔案可對其進行初始化。

8. 函數和連結性

所有的函數的存儲持續性都自動為靜态的。即在整個程式執行期間一直存在。預設情況下，函數的連結性為外部的，即可在檔案間共享（可以在函數原型中使用extern）。使用static将函數的連結性設定為内部的，使之隻能在一個檔案中使用，必須同時在原型和函數定義中使用static。C++要求同一個函數的所有内聯定義都必須相同，對于每個非内聯函數，程式隻能包含一個定義。

9. 語言連結性

連結程式要求每個不同的函數都有不同的符号名。C++編譯器執行名稱矯正或名稱修飾，為重載函數生成不同的符号名稱。