2020 我的C++的学习之路 第九章 内存模型与名称空间
以C++ Primer Plus为参考书籍，自身归纳知识点，加深记忆。
内存模型与名称空间
- 存储持续性
- 作用域与链接
- 自动存储持续性
- 静态持续变量
- 静态持续性、外部链接性
- 静态持续性、内部链接性
- 静态持续性、无链接性
- 说明符和限定符
- 存储说明符
- cv-限定符
- 定位new运算符
- 名称空间
- using声明与using编译指令
- 名称空间的其他特性
- 未命名的名称空间
存储持续性
①自动存储持续性：在函数定义中声明的变量的存储持续性为自动，在程序开始执行所属的函数或代码块 时被创建，在执行完函数或代码块时，它们的内存被释放。
②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定义的变量的存储性为静态，在程序运行的整个运行过程都存在
③动态存储持续性：用new运算符分配的内存一直都在，直到delete或者程序结束为止，这种存储持续性为动态，有时被称为自由存储或者堆
④线程存储持续性（C++11）：多核处理器中，让程序能狗将计算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，则生命周期与所属的线程一样长
作用域与链接
作用域（scope）描述了名称在文件的多大范围内可见
链接性（linkage）描述了名称如何在不同单元间共享
自动存储持续性
①在默认情况下，函数中声明的函数参数和变量的存储持续性都为自动，局部作用域，无链接性。
int main()
{int n = 5;{int n =10;cout<<n;//n=10}cout<<n;//n=10
}
两个n都是局部变量，各自在局部作用域中作用，内部的n=10会隐藏外部n=5的定义，当程序离开内部代码块时，原来的定义又重新可见。
②自动变量被存储在栈中，后进先出，即最后加入到栈中的变量首先被弹出。
③atuo关键字在C语言中用于显式地指出变量为自动存储，但在C++11标准下，atuo改为自动类型推断
④register关键字在C语言中用于寄存器存储自动变量以提高访问速度，但在C++11标准下，register用于显式指出变量为自动存储
静态持续变量
静态存储持续性变量有三种链接性：外部链接（可跨文件访问），内部链接（当前文件访问），无链接（当前函数或代码块访问），这三种链接性在程序执行期间存在，编译器将分配固定的内存存储所有的静态变量，而不是栈。倘若没有显式的初始化静态变量，则编译器默认为0。
//a.cpp
int global = 100;//静态全局变量，外部链接的静态变量
static int n = 90;//内部链接的静态变量
int main()
{...
}void fun1()
{static int cnt = 5;//无链接的静态变量int sa = 0;//自动变量
}
外部链接性静态持续变量：必须在代码块外面声明；
内部链接性静态持续变量：必须在代码块外面声明，并用static限定
无链接性静态持续变量：必须在代码块内部声明，并用static限定
静态持续性、外部链接性
倘若存在另外一个文件b.cpp使用a.cpp中的global变量，那么需要在b.cpp中使用关键字extern且不对global进行定义。
// external.cpp -- external variable
// compile with support.cpp
#include <iostream>
// external variable
double warming = 0.3; // warming defined// function prototypes
void update(double dt);
void local();int main() // uses global variable
{using namespace std;cout << "Global warming is " << warming << " degrees.\n";//0.3update(0.1); // call function to change warming//0.4cout << "Global warming is " << warming << " degrees.\n";//0.4local(); // call function with local warming//0.8 0.4cout << "Global warming is " << warming << " degrees.\n";//0.4// cin.get();return 0;
}
// support.cpp -- use external variable
// compile with external.cpp
#include <iostream>
extern double warming; // use warming from another file// function prototypes
void update(double dt);
void local();using std::cout;
void update(double dt) // modifies global variable
{extern double warming; // optional redeclaration，此处可以省略声明，因为上部声明过一次warming += dt; // uses global warmingcout << "Updating global warming to " << warming;cout << " degrees.\n";
}void local() // uses local variable
{double warming = 0.8; // new variable hides external onecout << "Local warming = " << warming << " degrees.\n";// Access global variable with the// scope resolution operatorcout << "But global warming = " << ::warming;//::作用域解析运算符，放在变量名前面会使用全局版本，故此处应是0.4cout << " degrees.\n";
}
静态持续性、内部链接性
// twofile1.cpp -- variables with external and internal linkage
#include <iostream> // to be compiled with two file2.cpp
int tom = 3; // external variable definition
int dick = 30; // external variable definition
static int harry = 300; // static, internal linkage
// function prototype
void remote_access();int main()
{using namespace std;cout << "main() reports the following addresses:\n";cout << &tom << " = &tom, " << &dick << " = &dick, ";cout << &harry << " = &harry\n";remote_access();// cin.get();return 0;
}
// twofile2.cpp -- variables with internal and external linkage
#include <iostream>
extern int tom; // tom defined elsewhere
static int dick = 10; // overrides external dick//覆盖上部的dick变量，此处为静态内部链接变量
int harry = 200; // external variable definition,// no conflict with twofile1 harryvoid remote_access()
{using namespace std;cout << "remote_access() reports the following addresses:\n";cout << &tom << " = &tom, " << &dick << " = &dick, ";cout << &harry << " = &harry\n";
}
静态持续性、无链接性
无链接性的静态变量用关键词static在代码块中声明，即使该代码块不处于活动状态时，该变量一直存在，并且只在启动一次时进行初始化，以后再调用函数时，该变量不会被初始化
// static.cpp -- using a static local variable
#include <iostream>
// constants
const int ArSize = 10;// function prototype
void strcount(const char * str);int main()
{using namespace std;char input[ArSize];char next;cout << "Enter a line:\n";cin.get(input, ArSize);while (cin){cin.get(next);while (next != '\n') // string didn't fit!cin.get(next); // dispose of remainderstrcount(input);cout << "Enter next line (empty line to quit):\n";cin.get(input, ArSize);}cout << "Bye\n";
// code to keep window open for MSVC++
/*
cin.clear();while (cin.get() != '\n')continue;cin.get();
*/return 0;
}void strcount(const char * str)
{using namespace std;static int total = 0; // static local variableint count = 0; // automatic local variablecout << "\"" << str <<"\" contains ";while (*str++) // go to end of stringcount++;total += count;cout << count << " characters\n";cout << total << " characters total\n";
}
count每次调用都会被初始化为0，而total仅在第一次调用才会被初始化为0，每次调用后都会被存储，从而达到计数累加的效果。
说明符和限定符
存储说明符
①auto（C++11不再是说明符）
②register
③static
④extern
⑤thread_local
⑥mutable（即使结构或类变量为const，但用mutable可以使其声明的成员被修改）
同一个声明中不能使用多个说明符，但thread_local除外，可与static或extern结合使用
cv-限定符
①const
②volatile
关键词volatile表明，即使程序代码没有对内存单元进行修改，其值也可能会发生变化。
在C++中，倘若对全局变量（静态持续性，外部链接）加以const限定，可将该变量的链接性改为内部链接性，也就是说在C++中，全局变量const限定相当于static存储说明。
定位new运算符
通常new负责在堆中找到一个满足要求的内存块，而定位new运算符则可以指定要使用的位置
double *ptr = new double[5];//动态分配内存
struct chaff
{char drss[20];int slag;
}char buffer[500];
chaff *pch;
pch = new (buffer)chaff;//将结构chaff放入指定的buffer内存当中，并分配合适的内存大小
// newplace.cpp -- using placement new
#include <iostream>
#include <new> // for placement new
const int BUF = 512;
const int N = 5;
char buffer[BUF]; // chunk of memory
int main()
{using namespace std;double *pd1, *pd2;int i;cout << "Calling new and placement new:\n";pd1 = new double[N]; // use heappd2 = new (buffer) double[N]; // use buffer arrayfor (i = 0; i < N; i++)pd2[i] = pd1[i] = 1000 + 20.0 * i;cout << "Memory addresses:\n" << " heap: " << pd1<< " static: " << (void *) buffer <<endl;cout << "Memory contents:\n";for (i = 0; i < N; i++){cout << pd1[i] << " at " << &pd1[i] << "; ";cout << pd2[i] << " at " << &pd2[i] << endl;}cout << "\nCalling new and placement new a second time:\n";double *pd3, *pd4;pd3= new double[N]; // find new addresspd4 = new (buffer) double[N]; // overwrite old datafor (i = 0; i < N; i++)pd4[i] = pd3[i] = 1000 + 40.0 * i;cout << "Memory contents:\n";for (i = 0; i < N; i++){cout << pd3[i] << " at " << &pd3[i] << "; ";//pd[3]的地址与pa[1]的地址不一样，重新分配了一块新的地址cout << pd4[i] << " at " << &pd4[i] << endl;//pd[4]的地址与pa[2]的地址一样}cout << "\nCalling new and placement new a third time:\n";delete [] pd1;pd1= new double[N];pd2 = new (buffer + N * sizeof(double)) double[N]; for (i = 0; i < N; i++)pd2[i] = pd1[i] = 1000 + 60.0 * i;cout << "Memory contents:\n";for (i = 0; i < N; i++){cout << pd1[i] << " at " << &pd1[i] << "; ";cout << pd2[i] << " at " << &pd2[i] << endl;}delete [] pd1;//buffer指定的是静态内存，而delete只能用于指向的堆内存，因此不能用deletedelete [] pd3;// cin.get();return 0;
}
名称空间
名称空间可以是全局的，也可以是位于另一个名称空间中，但不能处于代码块中，因此在默认情况下，在名称空间中声明的名称的链接性是外部的。
namespace Jack
{double pail;void fetch();int pal;struct Well{...};
}
namespace Jill
{double bucket(double n){...};double fetch;int pal;struct Hill{...}
}
任何名称空间中的名称都不会与其他名称空间中的名称发生冲突，因此Jack中的fetch与Jill中的fetch共存，Jill中的Hill可以与外部的Hill共存。
名称空间是开放的，可以把名称加入到已有的名称空间中
namespace Jill
{char * goose(const char*);//加入上述的Jill中
}
利用作用域解析运算符::来访问名称空间中的名称，使用名称空间限定该名称：
Jack::pail = 12.34;//赋值
Jill::Hill mole;//结构
Jack::fetch();//函数调用
在名称空间中声明的函数名的作用域为整个名称空间，因此声明和定义必须位于同一个名称空间中。
using声明与using编译指令
using声明：
using Jill::fetch;
using编译指令：
using namespace Jill;
using声明只是让名称空间中的一个名称可用；using编译指令则是可以使用名称空间中的所有名称，可以认为using编译指令中包含了所有名称的using声明。
名称空间的其他特性
可以将名称空间声明进行嵌套：
namespace elements
{namespace fire{int flame;...}float water;
}
倘若要使用fire内部的名称，则using namespace elements::fire;
另外名称空间中也可以使用using编译指令和using声明：
namespace myth
{using Jill::fetch;using namespace elements;using std::cout;using std::cin;
}
倘若要访问fetch，因此可以这样myth::fetch;，也可以Jill::fetch;
未命名的名称空间
namespace
{int count;
}
未命名的名称空间相当于提供了内部链接性的静态变量。
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